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《车桥耦合系统非平稳随机振动分析_张志超》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第20卷第5期振动工程学报Vol.20No.52007年10月JournalofVibrationEngineeringOct.2007车桥耦合系统非平稳随机振动分析张志超,赵岩,林家浩(大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室,辽宁大连116024)摘要:研究了车桥耦合系统受轨道高低不平顺激励而产生的垂向非平稳随机振动。车辆采用具有两系悬挂10个自由度的四轮模型,桥梁采用Bernoulli-Euler梁单元有限元模型。系统激励源为轨道高低不平顺,假设其为均匀调制演变随机过程,并考虑车轮承受轨道激励相位差,采用虚拟激励法(PEM)将其精
2、确地转化为一系列虚拟垂向简谐不平度的叠加,大大简化了运动方程的求解。同时采用精细积分法(PIM)的简单分解格式来进行数值积分计算,更真实地模拟了车辆与桥梁作用力在时间域和空间域上连续变化。最后通过两个算例给出了耦合系统响应统计值变化的时程曲线,分析了车辆运行速度和轨道不平顺对于系统随机响应的影响。数值计算表明:发展的虚拟激励-精细积分法能够高效精确地进行车桥耦合垂向系统的非平稳随机振动分析;车辆运行速度和轨道不平顺对系统随机振动都有较大影响。关键词:车桥系统;虚拟激励法;轨道不平顺;精细积分法;激励相位差中图分类号:O324文献标识码:A
3、文章编号:1004-4523(2007)05-0439-08有限,车辆过桥时间很短,所以轨道激励的平稳性假引言定不再成立,对车桥耦合系统理应进行非平稳随机振动分析。但由于通常的非平稳随机振动分析方法近年来,随着高速铁路运输系统的发展,行车速复杂低效,更使这方面的研究受到极大限制。虚拟激度不断加快,交通密度日益增加,同时铁路桥梁的数励法和精细积分法相结合有可能使这一现状发生根量也显著增加,车辆与结构的动力相互作用越来越本的改变。本文是在这方面进行的初步尝试。受到人们的重视,对其动力性态进行深入研究具有本文应用虚拟激励法和精细积分法对基于有限
4、十分重要的理论和实际意义。元方法的车桥耦合系统进行随机振动分析。充分考目前,很多学者对车桥耦合系统的模型建立以虑了由于车轮间距而产生的系统所受随机激励的相及受确定性激励的系统动力响应进行了研究,并且位差,假设轨道不平顺激励为均匀调制多点完全相发表了很多有价值的论文和专著[1～3]。但是对于车[8,9]干的非平稳激励。采用虚拟激励法的基本思想,桥耦合系统,引起其垂向随机振动最重要的因素就将其精确地转化为一系列垂向虚拟简谐不平度的叠是轨道的高低不平顺性,应用随机振动理论来求解加;亦即将轨道施加于车辆的非平稳随机激励转化这种动力响应是最为合理的
5、。而应用常规的随机振为虚拟的确定性激励,从而使运动方程的求解大大动方法进行这种分析所需计算量十分庞大,正是由简化,却仍然保持了计算结果的精确性。同时,发展于这一计算上的瓶颈,真正基于有限元方法应用随[10,11]了已有的精细积分法(PIM),得到了其简单分机振动理论来进行系统分析的研究还很少。通常是解格式,使之能够更真实地模拟车辆作用力在时间采用三角级数法、自回归时间序列法等按轨道功率域和空间域上的连续变化。这样得到的虚拟激励-精谱生成轨道不平顺样本曲线,然后采用时间历程分细积分算法,其计算效率和精度比之广泛采用的[2～4,12]析和粗略
6、的统计处理来估计车辆和桥梁的随机振Newmark方法有显著的提高。本文给出的算[3～7]动。这种Monte-Carlo法近似模拟精度不高,故例表明车辆运行速度和轨道不平度级别对于系统随导致系统振动控制可靠性降低。此外,由于桥梁长度机响应有很大的影响。收稿日期:2007-05-12;修订日期:2007-07-01基金项目:国家自然科学基金资助项目(50608012,10472023);交通部西部开发专项科研基金资助项目440振动工程学报第20卷Mc000001车桥耦合系统垂向运动方程0Jc000000Mt000M1=,车桥耦合系统的模型如图
7、1所示,桥梁假设为000Jt00Bernoulli-Euler简支梁,其长度为L,弯曲刚度为0000Mt0EI(x),单位长度梁的质量为m(x),采用Rayleigh00000Jt阻尼,阻尼比为a。车辆采用具有两系悬挂的四轮模0型,其中车体质量为Mc,车体转动惯量为Jc,车体定0距之半为lc;转向架质量为Mt,转向架转动惯量为Jt,c1(Zw1+Zw2)+k1(Zw1+Zw2)转向架固定轴距之半为lF1=,t;车轮质量为Mw,一系悬挂c1lt(Zw1-Zw2)+k1lt(Zw1-Zw2)弹簧刚度和阻尼系数分别为k1和c1,二系悬挂弹簧c1
8、(Zw3+Zw4)+k1(Zw3+Zw4)刚度和阻尼系数分别为k2和c2。因桥梁长度有限,故c1lt(Zw3-Zw4)+k1lt(Zw3-Zw4)轨道高低不平度可假设为均匀调制演变随机过程2k
