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高速列车车桥耦合系统振动及控制
| 论文题名： | 高速列车车桥耦合系统振动及控制 |
| 关键词： | 铁路桥梁;车桥耦合系统;振动特性;被动控制;主动控制;减振效果 |
| 摘要： | 随着列车行驶速度提高，高速列车移动荷载作用下铁路桥梁振动及其控制问题对于铁路桥梁设计及健康监测尤为重要。本文基于有限元法及里兹法两种方法建立了车桥耦合系统复杂动力学方程，列车采用了4轴27自由度立体CRH2型在线运行标准车辆为车辆力学模型，有限元法中桥梁采用空间梁单元模型及正交各向异性矩形板单元模型，里兹法中采用了四跨连续正交各向异性板模型，研究了车桥耦合系统振动及控制，具体内容如下: (1)基于有限元法建立车辆-轨道-桥梁耦合系统动力学方程，采用Newmark法对耦合系统动力学方程进行数值求解，考虑轨道不平顺作为车桥耦合系统内部自激激励，由轨道不平顺功率谱生成不平顺随机样本。研究轨道不平顺、列车行驶速度、桥梁支座垂向刚度、列车编组数量及列车行驶加速度对车桥耦合系统动力响应影响。 (2)基于有限元法建立车辆-正交各向异性板耦合动力学方程，对单跨正交各向异性板进行模态分析，研究列车行驶速度对车桥耦合系统动力响应影响，研究列车行驶位置、轨道不平顺对桥梁动力冲击系数影响。针对车辆-多跨连续正交各向异性板车桥耦合系统，分析了多跨正交各向异性板模态，研究了单线列车行驶速度对车桥耦合系统动力响应影响，研究复线列车上桥距离差对车桥耦合系统动力响应影响。 (3)基于有限元法建立车辆-单跨简支梁-TMD耦合系统动力学方程，研究了桥梁跨中最大竖向位移与列车行驶速度关系，确定了所设计动力吸振器发挥作用对应的列车行驶速度，对比了无动力吸振器和有动力吸振器两种情况下桥梁跨中及车辆竖向位移及竖向加速度响应。建立车辆-单跨正交各向异性板-TMD耦合系统动力学方程，设计了三个动力吸振器，研究列车行驶速度对被动控制减振效果影响，确定了动力吸振器发挥作用对应车速，并对比了无动力吸振器和有动力吸振器两种情况下桥梁跨中及边缘观测点动力冲击系数。 (4)基于里兹法建立车辆-四跨连续正交各向异性板耦合系统动力学方程，采用Runge-Kutta法对耦合系统动力学方程进行求解，由里兹法及有限元法求解了四跨连续正交各向异性板固有频率及模态，研究了桥梁无控制情况下列车行驶不同横向位置时桥梁动力响应。基于线性控制理论LQR，采用被动控制及主动控制结合HMD方式，研究了该种控制方式下桥梁振动控制问题。 |
| 作者： | 孙燕鹏 |
| 专业： | 力学 |
| 导师： | 韩广才 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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