考虑桥面不平顺的车桥耦合系统非线性振动.pdf

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1、第４１卷，第６期公路工程Ｖｏｌ．４１，Ｎｏ．６２０１６年１２月ＨｉｇｈｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤｅｃ．，２０１６考虑桥面不平顺的车桥耦合系统非线性振动朱素红，徐斌（南昌工程学院土木与建筑工程学院，江西南昌３３００９９）［摘要］以车桥接触处为界，提出了２自由度的１／４车辆模型，应用哈密尔顿能量原理，考虑梁的几何非线性影响，将桥面不平顺模拟成波动的正弦函数曲线，建立了车桥耦合作用下系统的非线性振动方程组。采用伽辽金法和龙格－库塔法求解，得到不平整桥面简支梁桥在车辆运行下的时域响应，探讨了几何非线性、桥面不平顺波长及幅值、车速等参数对车－桥耦合系统非线性振动性能的影响。

2、［关键词］车桥耦合；非线性振动；桥面不平顺；龙格－库塔法＋［中图分类号］Ｕ４４１３［文献标识码］Ａ［文章编号］１６７４—０６１０（２０１６）０６—００６６—０４ＮｏｎｌｉｎｅａｒＤｙｎａｍｉｃｏｆＶｅｈｉｃｌｅＢｒｉｄｇｅＣｏｕｐｌｅｄＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍＣｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇＢｒｉｄｇｅＳｕｒｆａｃｅＲｏｕｇｈｎｅｓｓＺＨＵＳｕｈｏｎｇ，ＸＵＢｉｎ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｉｖｉｌａｎｄＢｕｉｌｄｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｃｈａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ，Ｊｉａｎｇｘｉ３３００９９，Ｃｈｉｎａ）［Ａ

3、ｂｓｔｒａｃｔ］Ｖｅｈｉｃｌｅａｎｄｂｒｉｄｇｅａｒｅｓｅｐａｒａｔｅｄｆｒｏｍｔｗｏｓｙｓｔｅｍｓ，Ｔｈｅ１／４ｔｗｏｆｒｅｅｄｅｇｒｅｅｖｅｈｉｃｌｅｍｏｄｅｌｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，Ｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙｓｉｎｕｓｏｉｄｆｏｒｂｒｉｄｇｅｓｕｒｆａｃｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍａｔｉｃｎｏｎｌｉｎｅａｒｖｉｂｒａｔｉｏｎｅｑｕａｔｉｏｎｓｏｎｖｅｈｉｃｌｅｂｒｉｄｇｅｃｏｕｐｌｅｄｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｗｅｒｅｄｅｒｉｖｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＨａｍｉｌｔｏｎｐｒｉｎｃｉｐｌｅＴｈｅｅｑｕａｔｉｏｎｓｗｅｒｅｓｏｌｖｅｄｂｙｕｓｉｎｇＧａｌｅｒｋ

4、ｉｎａｎｄＲｕｎｇｅＫｕｔｔａｍｅｔｈｏｄｓ，ｔｈｅｎｔｈｅｔｉｍｅｄｏｍａｉｎｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｔｈｅｓｉｍｐｌｙｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｅａｍｉｎｂｒｉｄｇｅｓｕｒｆａｃｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓｃａｕｓｅｄｂｙｍｏｖｉｎｇｖｅｈｉｃｌｅｉｓｏｂｔａｉｎｅｄＴｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｎｏｎｌｉｎｅａｒ，ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈａｎｄａｍｐｌｉｔｕｄｅｏｆｂｒｉｄｇｅｓｕｒｆａｃｅｒｏｕｇｈｎｅｓｓ，ｖｅｈｉｃｌｅｖｅｌｏｃｉｔｙｏｎｖｅｈｉｃｌｅｂｒｉｄｇｅｃｏｕｐｌｅｄｎｏｎｌｉｎｅａｒｖｉｂｒａｔｉｏｎｂｅｈａｖｅｓｗａｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ［Ｋｅｙｗ

5、ｏｒｄｓ］ｃｏｕｐｌｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎｏｆｖｅｈｉｃｌｅｂｒｉｄｇｅ；ｎｏｎｌｉｎｅａｒｖｉｂｒａｔｉｏｎ；ｂｒｉｄｇｅｄｅｃｋｒｏｕｇｈｎｅｓｓ；ｒｕｎｇｅｋｕｔｔａｍｅｔｈｏｄ［９，１０］朱素红利用能量法研究车桥耦合作用下公路桥０前言梁振动响应问题，考虑了简支梁桥的几何非线性影近年来，车桥耦合作用领域的研究已取得了长响，但在模拟过程中没有考虑桥面不平顺因素，这就足的发展，其中桥面不平顺作为车桥互动体系的激使得研究结论不够精确及缺乏实际指导意义。振源之一，成为影响车桥耦合振动响应的一个重要为了更深入的研究影响车桥耦合系统振动的因因素。目前国内外对考虑桥面不

6、平顺的车桥耦合振素，本文以哈密尔顿能量原理为基础，将简支梁的几动分析取得了很多成果。文献［１－５］利用功率谱何非线性因素考虑在内，并将桥面不平顺模拟成波密度函数，用不同级别的桥面平整度模型作为激励动的正弦函数曲线，建立了车桥耦合作用下系统的源，对车桥耦合系统振动进行了分析，文献［６－８］非线性振动方程组，对车－桥耦合系统非线性振动采用正弦或余弦曲线对桥面平整度进行模拟，分析性能进行研究，数值结果对桥梁的动力设计具有一不平顺因素对系统动态响应的影响。在目前的研究定的理论指导意义。中，对于桥梁本身的非线性因素考虑较少，肖勇刚，［收稿日期］２０１５—０９—１４［基金项目］国

7、家自然科学基金资助项目（５１４０９１４０）；江西省教育厅科技项目（ＧＪＪ１１２５３）；南昌工程学院青年基金项目（２０１０ｋｊ００５）［作者简介］朱素红（１９７９—），女，湖南双峰人，讲师，硕士，研究方向：桥梁结构振动分析。第６期朱素红，等：考虑桥面不平顺的车桥耦合系统非线性振动６７从上式可以看出：加入简支梁的几何非线性影１建立动力方程响因素后，桥梁子系统运动方程增加了第三项作为车辆本身的运动是比较复杂的，图１将移动车非线性项。辆简化为两个自由度的车辆模型，不考虑绕各轴的图１简化的车桥耦合系统中移动质量（包括Ｍｖ角运动，假定车辆只有竖向跳动，车轮以及悬