基于LS-DYNA车桥耦合振动数值分析的拱桥提高限速研究

发布时间：2017-05-06 08:00

  本文关键词：基于LS-DYNA车桥耦合振动数值分析的拱桥提高限速研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国交通事业的快速发展,桥梁在公路总里程数中占有的比例也越来越大,截止2014年,我国已建成桥梁已达70余万座。如何有效维护并利用已建成桥梁,发挥其最大价值,将为成为今后桥梁工程领域重要的发展方向。车-桥耦合研究已有近百年历史,这其中车辆的高效简化一直都是研究重点,车-桥耦合研究的进展与车辆模型的发展几乎是一致的。论文依靠LS-DYNA软件的显式计算功能,建立简化的三轴载重货车有限元模型,并与桥梁三维有限元模型相互作用实现车辆与桥梁间的耦合,针对车辆匀速行驶状态和匀变速行驶状态分别进行探讨。论文主要工作如下:(1)介绍了三轴载重车辆模型与上承空腹式拱桥模型的建立,着重介绍了车辆与拱桥的各部件有限元模型的建模过程,以及动力学计算中的部件间作用关系的模拟机理,并对模型的正确性进行验证。(2)对车辆与简支梁进行耦合分析,车辆分别以匀速和加速通过桥梁,得到了车辆匀速行驶和加速行驶时简支梁桥的动力响应变化结果。分析结果表明,梁式桥在不同车速匀速行驶的车辆荷载作用下跨中竖向位移变化不大,但是在较低速车辆荷载作用下跨中挠度曲线波动明显;不同加速度车辆荷载作用下跨中竖向位移、竖向加速度及应力变化幅度变化明显,说明车辆在加速运动时对桥梁冲击作用明显增强。(3)基于拱桥模型进行耦合分析,分别研究车辆以不同速度匀速行驶和以不同加速度变速行驶时拱桥的动力响应,综合考虑多个影响因素,比较不同工况下的拱桥动力响应情况。分析结果表明,拱桥在不同车速匀速行驶的车辆荷载作用下桥面板、拱圈竖向位移变化差别不大,但是在较高速车辆荷载作用下拱圈应力变化幅度明显增大;不同加速度车辆荷载作用下拱圈位移、应力变化有明显差别,加速运动与减速运动对拱桥的冲击作用差别不大,应当尽量避免车辆在行驶过程中的变速运动。通过本文研究,作为拱桥的运营管理单位,在日常管理中,所以当车流量较小、车辆通行无阻碍时,可以对车辆行车速度不做限制;但当车流量较大、车辆通行受阻的情况下,应尽量使车辆以低速状态匀速通过桥梁,减小不利冲击作用。
【关键词】：车桥耦合 拱桥 行车速度 LS-DYNA
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441.3;U445.7
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 课题来源10
• 1.2 课题背景及研究意义10-11
• 1.3 问题提出11
• 1.4 车-桥耦合研究进展11-16
• 1.4.1 理论研究12-15
• 1.4.2 实验研究15-16
• 1.5 拱桥的车辆强迫震动16-21
• 1.5.1 匀速移动的简谐力的作用16-20
• 1.5.2 匀速移动双轴汽车荷载的作用20-21
• 1.6 求解方法21-22
• 1.7 本文主要工作22-24
• 第二章 FE软件介绍及使用24-33
• 2.1 LS-DYNA软件介绍24-25
• 2.2 显式与隐式时间积分25-27
• 2.3 LS-DYNA中的接触定义27-30
• 2.3.1 接触的类型及算法27-29
• 2.3.2 接触界面的定义与控制29-30
• 2.4 穿透问题及解决措施30-31
• 2.5 简化积分与沙漏31-32
• 2.6 本章小结32-33
• 第三章 车辆有限元模型的建立33-41
• 3.1 引言33-34
• 3.2 车辆概况34-35
• 3.3 车辆模型的建立35-39
• 3.3.1 车轮的模拟36-37
• 3.3.2 车轮滚动的模拟37
• 3.3.3 车辆悬架的模拟37-39
• 3.4 车辆模型的验证39-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第四章 桥梁有限元模型的建立41-49
• 4.1 引言41
• 4.2 桥梁概况41-42
• 4.3 桥梁有限元模型的建立42-44
• 4.4 桥梁特性的模拟44-45
• 4.5 桥梁模型的验证45-48
• 4.5.1 等效静力分析46-47
• 4.5.2 桥梁自振模态分析47-48
• 4.6 本章小结48-49
• 第五章 行车速度对简支梁动力响应的影响49-58
• 5.1 引言49
• 5.2 车桥耦合有限元模型49-50
• 5.3 车-桥耦合计算模型的验证50-52
• 5.4 匀速运动下简支梁的动力响应52-54
• 5.5 匀变速运动下简支梁的动力响应54-57
• 5.6 本章小结57-58
• 第六章 行车速度对拱桥动力响应的影响58-76
• 6.1 引言58
• 6.2 车桥耦合有限元模型58-59
• 6.3 匀速运动下的拱桥动力响应59-63
• 6.3.1 不同车速下空心板的动力响应59-62
• 6.3.2 不同车速下拱圈的动力响应62-63
• 6.4 匀变速运动下的拱桥动力响应63-70
• 6.4.1 车辆加速运动时拱桥的动力响应64-67
• 6.4.2 车辆减速运动时拱桥的动力响应67-70
• 6.5 匀速运动时拱圈应力变化70-72
• 6.6 匀变速运动时拱圈应力变化72-74
• 6.7 本章小结74-76
• 第七章 结论与展望76-78
• 7.1 结论76
• 7.2 展望76-78
• 致谢78-79
• 参考文献79-82
• 在学期间发表的论文82

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