基于车桥耦合的桥梁异常振动因素分析

发布时间：2020-06-25 01:48

【摘要】：桥梁的设计要求不仅需要在静载试验下能满足相应的承载能力,在车辆动载作用下,其振动挠度也应当控制在合理的范围。过大的振动响应不仅会对桥梁结构造成损伤影响桥梁的使用寿命造成安全隐患,还会使得人们在桥梁上的行车舒适性受到影响造成心理压力,基于此本文展开了如下研究。首先文章对车桥耦合的相关基础理论进行了介绍和推导,得到了理论模型的运动微分方程,并在MATLAB中编制了数值算法对其求解,同时在ANSYS软件中基于位移接触法建立了经典模型的有限元模型并进行了计算,将两者计算结果对比,吻合度很高;之后分别介绍了两种常用车辆模型的运动方程,以及在ANSYS中的模拟实现,并与相关文献的计算进行了对比,进一步验证了模拟方法的正确性;分别用三角级数法和Fourier逆变换法实现了路面不平度的模拟,并对两种模拟结果进行了对比发现Fourier逆变换法模拟效果更好;最后对一具体的连续刚构桥梁在ANSYS中建立了其有限元模型,设计了不同车速、不平度等级和行车间距等组合工况,对可能引发车桥共振的情形进行模拟计算。发现当车辆基频与桥梁主振频率接近时,会产生共振效应导致桥梁振动响应会有明显增大;理想平顺下车速对桥梁冲击随速度提升而增大,但冲击作用相较于其他因素不是很明显;在不平顺路面条件下,改变车速使车辆受到的激励频率与其基频接近时,桥梁受到的振动冲击没有明显的增大,此时行车速度对桥梁冲击效应的影响占主导地位,且相比于在理想平顺的路面条件下速度带来的影响有明显的放大;改变行车间距使车辆对桥梁的作用频率与桥梁主振频率接近时,桥梁振动响应会加剧,而与车辆的基频接近时其影响效果不明显;桥梁的约束刚度降低使桥梁主振频率与车辆基频疏远,桥梁的挠度幅值会增大,但冲击系数却减小。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U441.3
【图文】：

图 5-1 连续刚构桥有限元模型5.2 结构自振特性分析在进行结构的动力响应分析时，一般要先对其的自振特性进行计算分析，这是结构进行动力分析时的准备工作，结构的自振特性主要包括其固有频率和各阶主振型，只与结构自身的材料特性和约束条件等有关。通过其固有频率，能了解到结构的刚度特性，并且其还能够对结构整体的刚度和质量的耦合情况有一定的反映，对结构动力响应幅值起着关键性的影响；各阶主振型则主要反映的是其在结构的动力响应中作用形式。在 ANSYS 中对结构自振特性的计算是在其模态分析求解模块中进行，其中内置了多种计算模态的方法，如分块兰索斯、子空间迭代以及缩减法等[29]。其中分块兰索斯法是其默认提取方法，该方法是在 Lanczos 向量空间中，对经过转化的结构振动方程的标准特征值进行求解，再通过坐标转换就能直接得到原结构振动方程的特

（g）第七阶振型 （h）第八阶振型图 5-2 桥梁模型的前八阶振型车辆分析模型采用文献[45]中所采用的车辆参数，该模型和本文 4.2 节中所采用的整车模型结构完全一样，都是两轴七自有度模型，只是车辆的几何尺寸、质量、刚度和阻尼所取数值有所不同，其具体参数见表 5-3：表 5-3 车辆模型参数计算参数 前轴 后轴轮对与构架质量车轮刚度车轮阻尼悬架刚度悬架阻尼车体质量( i = 1,2)( i =3,4)( )im kg 445 890( /)tik N m62.25 ×1068 ×10( /)tic kg s42.0 ×1042.0 ×10( /)sik N m64.0 ×1068.0 ×10( /)sic kg s42.0 ×1042.0 ×10M ( kg )42.553 ×10

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本文编号：2728682