基于2.5维有限元法和虚拟激励法的地铁交通场地随机振动分析
发布时间：2021-04-08 13:41
基于2.5维有限元法和虚拟激励法进行地铁交通场地随机振动特征分析。基于虚拟激励法由轨道不平顺功率谱得到动态轮轨力功率谱,将其作为轨道—隧道—地基土系统2.5维有限元模型的外部激励,计算得到地面随机振动响应,分析车速和轨道不平顺等级对地面随机振动特征的影响。结果表明:地面振动位移受车辆轴重控制,受轨道不平顺随机激励影响较小;地面振动速度和加速度主频随地铁车速的增加显著增大,轨道不平顺等级不改变地面振动响应的频谱分布;轨道不平顺等级降低和地铁车速增大造成地面随机振动响应的离散度和Z振级最大值显著增加;轨道不平顺随机激励下,地面振动速度和加速度上限值以及Z振级最大值在垂直于地铁运行方向的衰减出现明显波动,距轨道中心线60 m外衰减趋势变缓。
【文章来源】：中国铁道科学. 2020,41(04)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
不同速度下A点垂向振动响应标准差
为构造轨道—隧道—地基土2.5维有限元模型的外部激励，需先求出轮轨力功率谱密度函数。车辆—轨道—隧道—地基土垂向耦合模型如图1所示。移动车辆考虑为弹簧和阻尼器连接的多刚体系统，车轮与钢轨为线性赫兹弹性接触，钢轨为无限长的欧拉梁，对无砟轨道而言，当频率低于200Hz时，离散支撑的影响可以忽略不计[22]，因此，将轨道板、隧道简化为沿轨道方向质量均匀分布的梁，用均布的线性弹簧和阻尼器模拟扣件、垫层以及弹性土体的刚度和阻尼。地基采用Winkle地基模型，将其考虑为层状半空间体，忽略地基土的振动对耦合系统振动的影响。考虑黏滞阻尼与应变阻尼的影响，建立轨道—隧道—地基土系统的振动微分方程[15]
本文基于2.5维有限元—最佳匹配层法[20]建立轨道—隧道—地基土数值模型。最佳匹配层（Perfectly Matched Layers,PML）单元具有吸收任意方向的波而不产生虚拟反射的功能，且最佳匹配层区域内的波将在两侧边界之间衰减至零，PML单元中波的衰减如图2所示。在2.5维轨道—隧道—地基土有限元模型关注区域外围施加最佳匹配层，在该特殊层的外边缘施加Dirichlet和Neummann边界条件，将关注区域和最佳匹配层区域各单元振动方程整装，得到虚拟动态轮轨力作用下轨道—隧道—地基土系统频率—波数域总振动方程[15]为
【参考文献】：
期刊论文
[1]有砟与板式无砟轨道结构对高速铁路地基振动的影响分析[J]. 冯青松,成功,雷晓燕,练松良. 振动与冲击. 2015(24)
[2]基于2.5维有限元-边界元分析轨道随机不平顺影响下的铁路地基振动[J]. 冯青松,雷晓燕. 振动与冲击. 2013(23)
[3]轨道随机不平顺影响下高速铁路地基动力分析模型[J]. 冯青松,雷晓燕,练松良. 振动工程学报. 2013(06)
[4]解析法分析铁路环境振动的列车随机激振荷载[J]. 冯青松,雷晓燕,练松良. 华东交通大学学报. 2013(05)
[5]地铁列车振动环境响应预测方法[J]. 刘维宁,马蒙,王文斌. 中国铁道科学. 2013(04)
[6]2.5维有限元分析饱和地基列车运行引起的地面振动[J]. 高广运,何俊锋,杨成斌,赵元一. 岩土工程学报. 2011(02)
[7]高速铁路路基-地基系统振动响应分析[J]. 冯青松,雷晓燕,练松良. 铁道科学与工程学报. 2010(01)
[8]2.5维有限元法分析地铁列车引起的地基振动[J]. 谢伟平,兰洋. 武汉理工大学学报. 2009(13)
[9]不平顺条件下高速铁路轨道振动的解析研究[J]. 冯青松,雷晓燕,练松良. 振动工程学报. 2008(06)
[10]高速列车诱发的环境振动研究综述[J]. 冯青松,雷晓燕,练松良. 华东交通大学学报. 2008(02)
硕士论文
[1]高速列车-轨道-地基土非平稳随机振动分析及场地反应谱研究[D]. 李子惠.北京交通大学 2019
本文编号：3125661
【文章来源】：中国铁道科学. 2020,41(04)北大核心EICSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
不同速度下A点垂向振动响应标准差
为构造轨道—隧道—地基土2.5维有限元模型的外部激励，需先求出轮轨力功率谱密度函数。车辆—轨道—隧道—地基土垂向耦合模型如图1所示。移动车辆考虑为弹簧和阻尼器连接的多刚体系统，车轮与钢轨为线性赫兹弹性接触，钢轨为无限长的欧拉梁，对无砟轨道而言，当频率低于200Hz时，离散支撑的影响可以忽略不计[22]，因此，将轨道板、隧道简化为沿轨道方向质量均匀分布的梁，用均布的线性弹簧和阻尼器模拟扣件、垫层以及弹性土体的刚度和阻尼。地基采用Winkle地基模型，将其考虑为层状半空间体，忽略地基土的振动对耦合系统振动的影响。考虑黏滞阻尼与应变阻尼的影响，建立轨道—隧道—地基土系统的振动微分方程[15]
本文基于2.5维有限元—最佳匹配层法[20]建立轨道—隧道—地基土数值模型。最佳匹配层（Perfectly Matched Layers,PML）单元具有吸收任意方向的波而不产生虚拟反射的功能，且最佳匹配层区域内的波将在两侧边界之间衰减至零，PML单元中波的衰减如图2所示。在2.5维轨道—隧道—地基土有限元模型关注区域外围施加最佳匹配层，在该特殊层的外边缘施加Dirichlet和Neummann边界条件，将关注区域和最佳匹配层区域各单元振动方程整装，得到虚拟动态轮轨力作用下轨道—隧道—地基土系统频率—波数域总振动方程[15]为
【参考文献】：
期刊论文
[1]有砟与板式无砟轨道结构对高速铁路地基振动的影响分析[J]. 冯青松,成功,雷晓燕,练松良. 振动与冲击. 2015(24)
[2]基于2.5维有限元-边界元分析轨道随机不平顺影响下的铁路地基振动[J]. 冯青松,雷晓燕. 振动与冲击. 2013(23)
[3]轨道随机不平顺影响下高速铁路地基动力分析模型[J]. 冯青松,雷晓燕,练松良. 振动工程学报. 2013(06)
[4]解析法分析铁路环境振动的列车随机激振荷载[J]. 冯青松,雷晓燕,练松良. 华东交通大学学报. 2013(05)
[5]地铁列车振动环境响应预测方法[J]. 刘维宁,马蒙,王文斌. 中国铁道科学. 2013(04)
[6]2.5维有限元分析饱和地基列车运行引起的地面振动[J]. 高广运,何俊锋,杨成斌,赵元一. 岩土工程学报. 2011(02)
[7]高速铁路路基-地基系统振动响应分析[J]. 冯青松,雷晓燕,练松良. 铁道科学与工程学报. 2010(01)
[8]2.5维有限元法分析地铁列车引起的地基振动[J]. 谢伟平,兰洋. 武汉理工大学学报. 2009(13)
[9]不平顺条件下高速铁路轨道振动的解析研究[J]. 冯青松,雷晓燕,练松良. 振动工程学报. 2008(06)
[10]高速列车诱发的环境振动研究综述[J]. 冯青松,雷晓燕,练松良. 华东交通大学学报. 2008(02)
硕士论文
[1]高速列车-轨道-地基土非平稳随机振动分析及场地反应谱研究[D]. 李子惠.北京交通大学 2019
本文编号：3125661
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiaotonggongchenglunwen/3125661.html
