車橋耦合系統(tǒng)非平穩(wěn)隨機(jī)振動分析

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1、車橋耦合系統(tǒng)非平穩(wěn)隨機(jī)振動分析車橋耦合系統(tǒng)非平穩(wěn)隨機(jī)振動分析張志超，趙巖，林家浩（大連理工大學(xué)工程力學(xué)系工業(yè)裝備結(jié)構(gòu)分析國家重點(diǎn)實驗室，遼寧大連116024）摘要：本文研究了車橋耦合系統(tǒng)受軌道高低不平順激勵而產(chǎn)生的垂向非平穩(wěn)隨機(jī)振動。車輛采用具有兩系懸掛10個自由度的四輪模型，橋梁采用Bernoulli-Euler梁單元有限元模型。將軌道高低不平順假設(shè)為均勻調(diào)制演變隨機(jī)過程，并考慮車輪間的相位差，采用虛擬激勵法(PEM)將軌道不平度精確地轉(zhuǎn)化為一系列垂向簡諧不平度的疊加，大大簡化了運(yùn)動方程的求解。在此基礎(chǔ)上采用能夠更真實地模擬車輛作用力在時間域和空間域上連續(xù)變化的精細(xì)積分法(PIM)來進(jìn)

2、行數(shù)值積分計算。最后通過兩個算例給出了耦合系統(tǒng)響應(yīng)統(tǒng)計值變化的時程曲線，分析了車輛運(yùn)行速度和軌道不平順對于系統(tǒng)隨機(jī)響應(yīng)的影響。數(shù)值計算表明：本文發(fā)展的虛擬激勵—精細(xì)積分法能夠高效精確地進(jìn)行車橋耦合垂向系統(tǒng)的非平穩(wěn)隨機(jī)振動分析；車輛運(yùn)行速度和軌道不平順對系統(tǒng)隨機(jī)振動的都有較大影響。關(guān)鍵字：車橋系統(tǒng)；虛擬激勵法；非平穩(wěn)隨機(jī)振動；精細(xì)積分Non-stationaryrandomvibrationanalysisforvehicle-bridgecouplingsystems1ZHANGZhi-chao,ZHAOYan,LINJia-hao(DepartmentofEngineeringMech

3、anics,StateKeyLaboratoryofStructuralAnalysisandIndustrialEquipment,DalianUniversityofTechnology,Dalian116024,PRChina)Abstract:Verticalnon-stationaryrandomvibrationofvehicle-bridgecouplingsystemssubjectedtotrackirregularityexcitationsisinvestigated.Thevehicleismodeledasafour-wheelmass-spring-dampe

4、rsystemwithtwolayersofsuspensionsystemspossessing10degreesoffreedom.ThebridgeismodeledasanelasticBernoulli-Eulerbeam,andthetrackirregularityisassumedtobeauniformlymodulatedevolutionaryrandomprocesswiththephase-lagsbetweenthewheelstakenintoaccount.Pseudo-ExcitationMethod(PEM)isappliedtotransformth

5、erandomsurfaceroughnessintothesuperpositionofaseriesofdeterministicpseudoharmonicsurfaceunevennessandthussimplifiesthesolutionofthenon-stationaryrandomvibrationequationsconsiderably.Meanwhilethepreciseintegrationmethod(PIM)isdevelopedtosimulatethecontinuousvaryingofthevehicleloadsbothinthetimeand

6、spacedomainsinthenumericalintegrationprocess.Numericalexamplesaregivenandthesignificantinfluencesofthevehiclespeedandtrackirregularityonthesystemrandomresponsesarediscussed.Theproposedmethodshowssatisfactoryefficiencyandaccuracy.Keywords:vehicle-bridgesystem;pseudo-excitationmethod;non-stationary

7、randomvibration;preciseintegrationmethod引言近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，車輛運(yùn)行速度不斷加快，載重逐步加大，同時鐵路橋梁的數(shù)量也顯著增加，車橋耦合動力分析問題日益受到人們的關(guān)注，對其動力性態(tài)進(jìn)行深基金項目：國家自然科學(xué)基金資助項目(50608012，10472023)；交通部西部開發(fā)專項科研基金資助項目作者簡介：張志超（1982-），男，博士研究生.E-mail:zhangzc@stude