车桥耦合系统非平稳随机振动分析

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1、车桥耦合系统非平稳随机振动分析车桥耦合系统非平稳随机振动分析张志超，赵岩，林家浩（大连理工大学工程力学系工业装备结构分析国家重点实验室，辽宁大连116024）摘要：本文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。将轨道高低不平顺假设为均匀调制演变随机过程，并考虑车轮间的相位差，采用虚拟激励法(PEM)将轨道不平度精确地转化为一系列垂向简谐不平度的叠加，大大简化了运动方程的求解。在此基础上采用能够更真实地模拟车辆作用力在时间域和空间域上连续变化的精细积分法(PIM)来进

2、行数值积分计算。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：本文发展的虚拟激励—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的都有较大影响。关键字：车桥系统；虚拟激励法；非平稳随机振动；精细积分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引言近年来，随着科学技术的不断进步，车辆运行速度不断加快，载重逐步加大，同时铁路桥梁的数量也显著增加，车桥耦合动力分析问题日益受到人们的关注，对其动力性态进行深基金项目：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作者简介：张志超（1982-），男，博士研究生.E-mail:zhangzc@stude