鸭池河桥的车桥耦合振动研究

论文摘要

近年来随着我国铁路事业的不断发展,列车速度不断提高,桥梁跨度不断增大。大跨度桥梁在高速列车通过的下的动力响应得到了越来越高的重视。研究移动车辆荷载通过桥梁的车桥系统的振动响应成为了具有代表性的课题。论文回顾了车桥耦合振动研究的发展过程,给出了研究各个阶段不同模型的图示和区别；介绍了有限元的基本方法、桥梁结构动力方程建立的方法以及桥梁动力方程中质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵的特性；总结了求解结构的振型的几种方法,重点叙述了Lanczos法求解振型的步骤；介绍了直接积分法和振型叠加法的区别,着重阐述了振型叠加法的一般步骤并建立了桥梁的动力学方程；介绍了多体动力学的基本知识和应用多体动力学的方法建立动车的模型。论文说明了利用有限元方法和多体动力学的方法建立桥梁和车辆的模型有着独特的优点,可以程式化的去建立模型,避免了以前单独为特定的桥梁和车辆建立模型编写新程序的繁琐的劳动。论文最后依托鸭池河桥的工程实际,利用大型通用有限元软件ANSYS建立了桥梁模型,利用多体动力学软件SIMPACK建立了CRH3动车模型。在考虑轮轨不平顺等因素下进行了车桥耦合振动分析,得到该桥梁的动力行能和车辆的行驶舒适度。为今后类似桥梁的设计提供了一定的理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 车桥耦合理论的发展历程
• 1.2.1 古典理论
• 1.2.2 近代理论
• 1.2.3 国内研究的概况
• 1.3 分析模型的演变
• 1.4 研究车桥耦合振动的数值方法
• 1.5 研究车桥耦合的现实意义
• 1.6 本文主要内容
• 1.7 本章小结
• 第二章 桥梁结构动力学分析模型
• 2.1 有限元方法和变分法
• 2.1.1 有限元理论简介
• 2.1.2 变分法的概念
• 2.2 结构单元的运动方程建立
• 2.2.1 局部坐标系下的运动方程
• 2.2.2 整体坐标系下的运动方程
• 2.2.3 系统运动方程
• 2.3 桥梁运动方程及其力学矩阵性质
• 2.3.1 结构的质量矩阵
• 2.3.2 结构单元刚度矩阵
• 2.3.3 结构单元的阻尼矩阵
• 2.4 桥梁的自振特性
• 2.5 动力响应的数值计算方法
• 2.6 通过大型有限元分析软件ANSYS建立桥梁分析模型
• 2.6.1 ANSYS软件介绍
• 2.6.2 鸭池河大桥工程概况
• 2.6.3 鸭池河大桥桥梁模型介绍
• 2.7 本章小结
• 第三章 多体动力学与动车模型的建立
• 3.1 多体动力学与车辆模型
• 3.2 SIMPACK软件介绍
• 3.3 动车物理模型的建立
• 3.3.1 车辆模型概述
• 3.3.2 动车物理模型
• 3.3.3 利用SIMPACK建立动车模型
• 3.4 本章小结
• 第四章 车桥耦合联合仿真方法的原理及实现
• 4.1 车桥系统的耦合集成
• 4.1.1 弹性体在多体系统（MBS）中的实现
• 4.1.2 弹性结构在多体系统（MBS）中的实现
• 4.2 多体系统与有限元的数据交换
• 4.3 轮轨接触模型
• 4.4 轨道不平顺
• 4.5 本章小结
• 第五章 鸭池河大桥的车桥耦合振动分析
• 5.1 桥梁简介
• 5.2 桥梁的自振特性分析
• 5.3 计算参数和评价指标
• 5.3.1 列车类型、编组及速度等级
• 5.3.2 车辆和桥梁的评判标准
• 5.4 车桥动力仿真分析结果
• 5.5 仿真计算结论
• 结论
• 主要结论
• 未来研究的方向
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表论文