车辆耦合振动

车辆耦合振动课程报告

2016年3月

随着我国经济的飞速发展，大跨度桥梁越来越多，由于柔度很大，所以在风和上面的车辆作用下，会产生较大的变形和振动会对

上面的行人以及桥梁产生较大的危险。因而对风 - 车 - 桥耦合振动的研究也越来越重要。在此简要介绍国内和国外风 - 车 - 桥耦合振动发展的概况

1 国内风车桥耦合振动研究概况

我国学者以结构动力学为基础，分析了连续梁桥结构在汽车荷载作用下的动态性能，并运用计算机模拟、讨论了不同车速、车型情况下的桥梁动态响应变化，以此分析出影响结构动态性能的主要因素。为简化分析的过程，在他们的研究中将桥梁简化为线性系统，略去了桥面和横梁的约束，在计算中采用设计中常用的截面换算法，将钢筋换算成混凝土，同时将截面折算成等面积的矩形，且仅考虑梁的弯曲振动，而不计梁的转动惯量和剪切变形的效应[4]。2005 年，王解军等采用 2 轴车辆分析模型与梁单元，建立了适应于大跨桥梁车辆振动计算的车桥耦合单元模型，基于功率谱密度函数生成随机路面粗糙度，分析阻尼对行车荷载作用下桥梁振动性能的影响。

北方交通大学等研究了考虑车 - 桥 - 基础相互作用系统的结构动力可靠性问题桥梁结构在多种随机荷载作用下车桥系统动力可靠性问题、脉动风与列车荷载同时作用下桥梁的动力响应问题，分析了地震荷载对桥上列车运行平稳性的影响得到了许多有价值的结论。

2 国外风车桥耦合振动研究概况

20 世纪 60；70 年代西欧和日本开始修建高速铁路对桥梁动力分析提出了更高的要求同时电子计算机的出以及有限元技术的发展使得车桥振动研究具备了强有力的分析手段这极大地促进了车桥耦合振动研究的向前发展。美国伊利诺理工学院的 K.H.Chu 等人最早采用复杂的车辆模型来分析铁路车桥系统的振动响应问题即将机车车辆简化为由车体、前后转向架、各轮对等部件组成各部件看成刚体在空间具有 6 个自由度之间通过弹簧与阻尼联系起来[7]。以轨道横向与竖向不平顺为激励源将整个车桥系统划分成车辆与桥梁两个子系统分别建立车辆与桥梁的运动方程以轮轨相互作用将这两个运动方程联系起来 K.H.Chu 等人所建立的多刚体多自由度车辆分析模型得到了后来各国研究人员的广泛采纳对现代车桥振动研究理论产生了深远影响。在此前后欧洲的法国、意大利、丹麦等国研究者也进行了类似的甚至更深入的研究工作。

G.Diana 探讨了大跨度悬索桥的列车走行问题以及列车在已经发生变形的大跨度悬索桥上运行时的动力响应 M.Olsson采用有限元 - 模态技术求解车桥动力响应 Green 和 Cebon 提出了在频域内求解分离的车桥系统方程的新方法，他们利用模态脉冲响应函数与模态激扰力采用模态迭加法并结合 FFT 和 IFFT 技术来求解桥梁的动力响应。Yeong-Bin yang 采用动态凝聚法求解车桥系统的

动力响应问题。由于将所有与车体有关的自由度在单元级进行凝聚使得计算效率大为提高 ,Bogaert 采用简化的车辆模型 , 研究高速列车通过肋式拱桥的竖向振动冲击效应 , 并给出了冲击系数的简化表达式。

3.讨论和感悟

在这次的学习中，我深切的认识到了车辆耦合振动的发展前景和特点，更重要的是，通过这门课程，我们从单纯的理论上的学习一步步地过渡到了产业以及在现实中的应用。毕竟，我们即将毕业，也行有的同学会选择继续深造，很多的同学需要面向社会，步入工作岗位，而这门课程的开设，正是为这样的一种转变而开设的。并且，老师丰富的授课内容以及生动的授课方式，更进一步实现了这种过渡。可以说，这门课程就是学校中的虚拟工作实践。