基于并行算法和有限元法的车线桥耦合振动分析

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1、中图分类号堕21；堕2垒UDC624：629硕士学位论文学校代码!Q5兰三密级公珏基于并行算法和有限元法的车．线．桥耦合振动分析AnalysisofTrain．．Track．．BridgeCouplingVibrationBasedOnParallelComputingandFiniteElementMethod(受国家自然科学基金项目：50808177资助)作者姓名：学科专业：研究方向：学院(系、所)、：指导教师：副指导教师：朱玉龙建筑与土木工程车桥耦合振动土木工程学院朱志辉任文锋论文答辩日期上业2≤答辩委员会主席啦中南大学2013年5月原创

2、性声明IlllllfililllflllfrlllillilJJlllllllJJfllllilJY2426023本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：盎王左日期：卫垃年』月鉴日学位论文版权使用授权书本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并根据国家或湖

3、南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。期：址年三月堡日基于并行算法和有限元法的车一线一桥耦合振动分析摘要：近10年来，我国高速铁路得到了快速发展，随着列车运行速度的不断加快，以及桥梁在铁路总里程中所占的比重越来越大，车．线．桥耦合振动问题越来越受到人们的关注。由于车．线．桥耦合振动分析中复杂的轮轨关系，使得耦合系统瞬态动力分析的时间步长极小

4、；同时系统建模越来越复杂和精细，大大增加了计算量。因此，有必要提高车．线．桥耦合振动系统的建模效率和仿真分析计算速度。本文针对上述问题并在前人研究的基础上，开展了以下的研究工作：1．改进了车．线．桥空间耦合振动模型，编制了计算软件TRBF．DYNA基于有限元法建立线路．桥梁模型运动方程，结合现有通用有限元软件导出线路．桥梁模型的质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵，提高了系统的建模效率和准确性；基于改进的空间迹线法求解轮轨接触空间几何关系，可计算轮轨多点接触状况；针对车．线．桥耦合振动问题提出一种并行计算的策略，使计算速度大大提高；自主开发了基于MAT

5、LAB的车．线．桥空间耦合振动分析软件TRBF．DYNA，该软件发挥了MATLAB处理大型矩阵运算的优势以及强大的后处理功能。2．TRBF．DYNA软件计算结果的验证与文献【2]中八车十跨高速铁路典型32m简支箱梁模型的车辆动力响应以及轨道．桥梁动力响应计算结果进行对比。结果表明TRBF．DYNA软件能够较好的反映车．线．桥耦合振动特性，能够满足工程应用要求。3．利用TRBF．DYNA软件进行96m钢箱拱桥的车．线．桥耦合振动分析以京沪高速铁路96m跨度钢箱拱桥为例，利用TRBF．DYNA软件进行车．线．桥耦合振动系统动力学响应分析；研究了96

6、m钢箱拱桥车．线．桥耦合振动桥梁跨中局部振动规律，并采用等效荷载法研究了96m钢箱拱桥分别在典型地震作用下、不同类别地震作用下、不同地震强度作用下的车．线．桥耦合振动规律。关键词：车．线．桥耦合振动；有限元法；并行计算；一致地震作用分类号：U21；U24IIAnalysisofTrain-·Track--BridgeCouplingVibrationBasedOnParallelComputingandFiniteElementMethodAbstract：Inthepasttenyears，theconstructionofhigh—spee

7、drailwayhasdevelopedrapidly．Withthefasterspeedoftrainandthegreaterproportionofbridgeinwholerailway,train--track·-bridgedynamicinteractionproblemisgettingpeople’Sattention．Duetothewheel—railrelationshipisverycomplex，thetimestepoftransientdynamicanalysisofcoupledsystemisverysm

8、allandthesystemmodelingisincreasinglycomplexandsophisticatedtomaketheamount