高速铁路车—轨—桥竖向耦合系统的数值子结构计算方法
发布时间：2022-01-02 20:49
高速铁路车-轨-桥耦合系统是大型系统。通常情况下,精细化车桥模型自由度维数很大。轮轨的高频接触一般要求较小的计算时间步长。求解时有限元模型可能占用很多内存且计算比较耗时。发展一种能够保证较高计算精度且大幅度减少计算耗时的方法是非常必要的。基于轮轨竖向非线性接触关系,提出一种新型通用的二维轮轨耦合单元模型,并在有限元OpenSees软件平台上实现。所提单元由轮节点和所有可能与之接触的梁单元节点组成,通过建立和求解关于轮轨作用力的一元三次方程,得到轮轨之间的接触力,计算由于轮轨相互作用产生的耦合单元各节点力,定义为单元内力。将新型二维轮轨耦合单元模型与常见的列车、轨道和桥梁等模型联合使用,利用OpenSees丰富的材料库和单元库,建立简化的竖向车-轨-桥耦合系统模型,该模型求解时一般采用Newton-Raphson（NR）方法。与已有文献计算结果对比,验证了该单元模型的可靠性。该单元能够模拟轮轨间非线性接触,可考虑车辆跳轨、轨道不平顺激励和地震作用影响。基于数值子结构方法（NSM）,提出—种适用于竖向车-轨-桥耦合系统的高效计算方法。通过不同尺度单元网格划分模型,将车-轨-桥耦合系统模型分...
【文章来源】：厦门大学福建省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：113 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１二维轮轨耦合单元模型及其所在位置示意图??
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（Ｚ－ｘ）２（１?＋?２ｊｃ／＾）Ａ２??其中，ＮＴ＝?，如图２．２所示，ｊｃ表示轮节点Ｗ与激活的轮下轨道梁左??ｘ２（ｌ?＋?２（Ｚ－＾）／ｌ）／Ｚ２??－（Ｌ－ｘ）ｘｉｌＬ２??节点／之间的水平距离，可通过；ｉＴ（〇求得，Ｉ表示轮下梁单元长度。??本文应用赫兹非线性弹性接触理论，如图２．１?（ｂ），将车轮和轨道的接触方式近似为赫兹??非线性弹簧连接。当赫兹弹簧刚度取值偏大时，轮轨间相对位移非常微小，即可将轮轨之间??的连接近似为刚性杆连接，模拟密贴接触的情况；当赫兹弹簧取值正常时，轮轨之间的连接??视为正常的弹性接触状态，因此可同时考虑轮轨间嵌入和分离情况。竖向轮轨之间的作用力??与嵌入量之间的关系［３］为??丫?１?１３／２??Ｆｈ＝＼ｇ５＼，Ｓ＞〇?（２．６）??０?，Ｓ＜０??其中
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于数值子结构方法的低延性RC框架结构抗震性能精细化分析[J]. 张沛洲,孙宝印,古泉,欧进萍. 工程力学. 2017(S1)
[2]钢筋混凝土框架结构弹塑性数值子结构分析方法[J]. 孙宝印,古泉,张沛洲,欧进萍. 工程力学. 2016(05)
[3]建筑结构混合试验平台HyTest开发研究[J]. 杨格,王贞,吴斌,杨婧,许国山,陈永盛. 建筑结构学报. 2015(11)
[4]基于数值子结构方法的结构弹塑性分析[J]. 孙宝印,张沛洲,古泉,欧进萍. 计算力学学报. 2015(04)
[5]基于ANSYS平台的高速列车-轨道-桥梁时变系统地震响应分析[J]. 刘常亮,尹训强,林皋,李建波,胡志强. 振动与冲击. 2013(21)
[6]拟“车-桥耦合系统”的动态近似分析法[J]. 叶贵如,董可丽,姚忠达,蒋吉清. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2012(01)
[7]列车-轨道系统竖向动力分析的车辆轨道单元模型[J]. 雷晓燕,张斌,刘庆杰. 振动与冲击. 2010(03)
[8]车桥耦合振动中2种轮轨接触模型的比较分析[J]. 林玉森,李小珍,强士中. 中国铁道科学. 2007(06)
[9]车桥系统共振机理和共振条件分析[J]. 夏禾,郭薇薇,张楠. 铁道学报. 2006(05)
[10]车辆-轨道-桥梁系统竖向运动方程的建立[J]. 娄平,曾庆元. 铁道学报. 2004(05)
博士论文
[1]车轮踏面擦伤及不圆度检测技术的研究[D]. 杨凯.西南交通大学 2015
[2]地震作用下高速列车—轨道—桥梁耦合振动及行车安全性分析[D]. 王少林.西南交通大学 2013
[3]列车脱轨机理与脱轨分析理论研究[D]. 向俊.中南大学 2006
硕士论文
[1]基于并行算法和有限元法的车—线—桥耦合振动分析[D]. 朱玉龙.中南大学 2013
[2]基于有限元软件的分布式子结构试验方法[D]. 杨格.哈尔滨工业大学 2012
[3]轮轨相互作用力频谱成分研究[D]. 汤庆超.北京交通大学 2011
本文编号：3564866
【文章来源】：厦门大学福建省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：113 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１二维轮轨耦合单元模型及其所在位置示意图??
％表示车轮节点竖向位移，Ｒ表示车轮节点竖向内力，％￣％表示所有可能与车轮接触的梁??单元节点位移，足？＆表示所有可能与车轮接触的梁单元节点内力。??如图２．１?（ｂ）所示，在某一时刻？，车轮行进至单元尺处时，二维轮轨耦合单元节??点内力和对应刚度取值均为０，?节点内力和对应刚度取值不为０。因此，为方便推导计算，??我们将轮轨非接触处的局部节点ａ，ｐ，ｇ定义为未激活节点，轮轨接触处单元欠的局部节点??定义为激活节点。因此，激活的局部轮轨耦合单元自由度和节点内力定义为：??ｕ?＝?［ｗ，?ｕ２?ｗ３?ｗ４?ｕ５?ｆ?（２．３）??Ｒ?＝?［／？，?Ｒ２?Ｒ３?Ｒ４?Ｒ５ｆ?（２．４）??如图２．２所示，ｗ２?￣?ｗ５和孕？＆表示局部轮轨耦合单元激活节点对应的位移和内力。??ｉ?Ｉｔ！??＜
（Ｚ－ｘ）２（１?＋?２ｊｃ／＾）Ａ２??其中，ＮＴ＝?，如图２．２所示，ｊｃ表示轮节点Ｗ与激活的轮下轨道梁左??ｘ２（ｌ?＋?２（Ｚ－＾）／ｌ）／Ｚ２??－（Ｌ－ｘ）ｘｉｌＬ２??节点／之间的水平距离，可通过；ｉＴ（〇求得，Ｉ表示轮下梁单元长度。??本文应用赫兹非线性弹性接触理论，如图２．１?（ｂ），将车轮和轨道的接触方式近似为赫兹??非线性弹簧连接。当赫兹弹簧刚度取值偏大时，轮轨间相对位移非常微小，即可将轮轨之间??的连接近似为刚性杆连接，模拟密贴接触的情况；当赫兹弹簧取值正常时，轮轨之间的连接??视为正常的弹性接触状态，因此可同时考虑轮轨间嵌入和分离情况。竖向轮轨之间的作用力??与嵌入量之间的关系［３］为??丫?１?１３／２??Ｆｈ＝＼ｇ５＼，Ｓ＞〇?（２．６）??０?，Ｓ＜０??其中
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于数值子结构方法的低延性RC框架结构抗震性能精细化分析[J]. 张沛洲,孙宝印,古泉,欧进萍. 工程力学. 2017(S1)
[2]钢筋混凝土框架结构弹塑性数值子结构分析方法[J]. 孙宝印,古泉,张沛洲,欧进萍. 工程力学. 2016(05)
[3]建筑结构混合试验平台HyTest开发研究[J]. 杨格,王贞,吴斌,杨婧,许国山,陈永盛. 建筑结构学报. 2015(11)
[4]基于数值子结构方法的结构弹塑性分析[J]. 孙宝印,张沛洲,古泉,欧进萍. 计算力学学报. 2015(04)
[5]基于ANSYS平台的高速列车-轨道-桥梁时变系统地震响应分析[J]. 刘常亮,尹训强,林皋,李建波,胡志强. 振动与冲击. 2013(21)
[6]拟“车-桥耦合系统”的动态近似分析法[J]. 叶贵如,董可丽,姚忠达,蒋吉清. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2012(01)
[7]列车-轨道系统竖向动力分析的车辆轨道单元模型[J]. 雷晓燕,张斌,刘庆杰. 振动与冲击. 2010(03)
[8]车桥耦合振动中2种轮轨接触模型的比较分析[J]. 林玉森,李小珍,强士中. 中国铁道科学. 2007(06)
[9]车桥系统共振机理和共振条件分析[J]. 夏禾,郭薇薇,张楠. 铁道学报. 2006(05)
[10]车辆-轨道-桥梁系统竖向运动方程的建立[J]. 娄平,曾庆元. 铁道学报. 2004(05)
博士论文
[1]车轮踏面擦伤及不圆度检测技术的研究[D]. 杨凯.西南交通大学 2015
[2]地震作用下高速列车—轨道—桥梁耦合振动及行车安全性分析[D]. 王少林.西南交通大学 2013
[3]列车脱轨机理与脱轨分析理论研究[D]. 向俊.中南大学 2006
硕士论文
[1]基于并行算法和有限元法的车—线—桥耦合振动分析[D]. 朱玉龙.中南大学 2013
[2]基于有限元软件的分布式子结构试验方法[D]. 杨格.哈尔滨工业大学 2012
[3]轮轨相互作用力频谱成分研究[D]. 汤庆超.北京交通大学 2011
本文编号：3564866
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