资源描述：
《地震作用下磁悬浮车-桥垂向耦合动力学研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、地震作用下磁悬浮车-桥垂向耦合动力学研究摘要:以德国Transrapid高速磁悬浮列车为例,建立了高速磁悬浮列车与线桥动态相互作用模型,并对磁悬浮列车以不同速度通过不同桥跨情况下的车桥系统地震反应进行了数值模拟;研究了地震作用下,不同车速和不同桥跨对磁悬浮车-桥梁垂向耦合动力学系统的影响,得到了几点有意义的结果和结论。关键词:地震;磁悬浮;桥梁;耦合动力学1前言自从1922年德国工程师赫尔曼·肯佩尔提出磁悬浮列车的构想,到上世纪七、八十年代以来,以德国和日本为首的发达国家率先开展了磁悬浮列车技术的研究,并获得了很多成果[1]。目前,国内外对磁悬浮车桥
2、耦合动力学的研究已取得了一定的研究成果,如CaiY和ChenSS等建立了磁悬浮车桥耦合多自由度模型,定量地揭示了系统参数对车桥耦合动力反应的影响规律11;武建军等把磁悬浮系统简化为两自由度模型,对磁悬浮系统和轨道梁动力特性进行了分析;曾佑文等把每个悬浮转向架下的一系悬浮力简化为一个集中力,研究了考虑耦合作用时,悬挂参数的取值范围;翟婉明等人根据车桥耦合理论,建立了磁悬浮车桥耦合模型,对系统动力响应和随机振动等问题进行了研究,并取得了一定的成果;时瑾等人采用动力学有限单元法和耦合动力学理论,建立了磁悬浮车桥耦合多自由度模型,研究了系统动力响应特征,并对减少轨道梁
3、振动提出了可能的措施[2~8]。但是,关于地震作用下磁悬浮车桥耦合动力反应的研究,目前在国内外相关文献上还没有发现。为了实现高速客运,磁悬浮铁路系统大量采用了封闭式高架线路,如我国某磁悬浮试验线就大量采用了高架混凝土简支桥梁。我国幅员辽阔,是地震多发区(上述试验线即位于7度抗震设防区),因此对地震作用下磁悬浮车桥耦合问题进行研究是很必要的。本文以德国TR系列磁悬浮列车为车辆模型,以高架混凝土简支梁为线路模型,通过建立外激励作用下磁悬浮车桥耦合动力学模型。以ElCentro波、Taft波和天津波为输入,研究不同地震作用下系统的动力响应,以及桥跨(12~32m)和
4、行车速度(200~500km/h)对系统地震响应的影响。2地震作用下磁悬浮车桥耦合计算模型11如图1所示,以德国TR06磁悬浮列车为研究对象,不考虑轨道平整性,假设车体和悬浮转向架为刚性体,其重心与几何中心重合。图中简支梁只画了一跨,实际数值仿真计算时为多跨。考虑车体垂向运动和点头运动以及悬浮转向架垂向运动和点头运动,总共10个自由度。轨道梁为贝努利—欧拉梁。图中ms为车体质量;Js为车体点头惯量;Ks为二系悬挂刚度;Cs为二系悬挂阻力;Kp为一系悬挂刚度;Cp为一系悬挂阻力;y为车体垂向位移;α为车体点头位移;ypi为转向架垂向位移;β为转向架点头位移;y为
5、梁体位移。电磁力是磁悬浮车辆与线路动力相互作用的纽带,它与悬浮间隙和电磁铁物理参数有关,是悬浮间隙和电磁线圈电流的非线性二维函数[6,8]。但是,常导EMS磁悬浮系统的悬浮间隙只有8~10mm,而磁悬浮车辆运行中容许的悬浮间隙变化量很小,因此在许多动力学研究中,都采用理想工作点处的切线刚度和阻力来线性化磁轨关系,这种简化后得到的动力学响应有一定的精度,本文也采用这种简化方法[6~8]。3运动方程及其计算根据结构动力学理论和磁悬浮车桥耦合运动特性[9~11],可以建立如下运动方程。11如图2、图3、图4所示,式中:li为车体上每个二系悬挂点对车体点头运动的力臂;
6、lsbi为二系悬挂点对转向架点头运动的力臂;lpi为一系悬挂点对悬浮转向架点头运动的力臂。在(8)式中,由于[C]、[K]在计算过程中是随着时间而变化的,所以整个耦合系统是一个非线性的时变系统。对于这样的时变系统,我们可以采取很多算法,如Runge-Kutta法,中心差分法等算法。本文拟采用Newmark-β对其进行数值仿真计算。4数值仿真结果及其分析我国某磁悬浮商业示范运营线采用的是德国最新的TR08列车,其许多动力学参数尚未获得。但是,TR08与TR06除了在车箱材料、内部布置、车箱重量和负载能力方面有所变化以外,车辆下部结构没有大的变化[8],故用TR0
7、6参数数值模拟某磁悬浮商业示范运营线。拟采用的轨道梁参数如表1所示。根据某地抗震设防标准11,将ElCentro波、Taft波和天津波按竖向50gal进行规格化处理,作为系统激励输入。假设地震在列车刚好上桥时发生,在计算机上模拟列车通过多跨简支梁桥的全过程(本文假设为10跨),计算地震作用下,列车垂向加速度,轨道梁加速度和轨道梁跨中位移。在轮轨高速铁路中,当桥梁跨度L24m时,高架桥梁的容许挠跨比为1/1800,当桥梁跨度24L40m,高架桥梁的挠跨比限值为1/1500,而某磁悬浮高架桥梁挠跨比的限值为1/4000,比轮轨高架要求严格。磁悬浮轨道梁跨中最大竖向
8、振动加速度限值为0.35g(3.44m
