结合型式对地铁车站上盖物业的振动响应影响

为研究地铁振动对不同结合类型地铁车站及其上方的动力反应影响,基于地铁车站与上盖物业连接型式的主要承载区别,提出“软结合”“硬结合Ⅰ”“硬结合Ⅱ”3种结合型式;然后,采用车-轨耦合模型得到列车荷载谱,利用有限差分软件FLAC^(3D)建立地铁车站-上盖物业数值仿真模型,并与实测数据进行对比,验证数值仿真模型与参数的正确性;最后,基于数值仿真,从时域、频域出发,研究3种结合型式下上盖物业的振动响应.研究结果表明:软结合型式下站厅层到上盖物业一层加速度峰值减小69.10%,硬结合Ⅰ型减小2.08%,硬结合Ⅱ型增大2.94%,硬结合型式下上盖物业振动加速度较软结合型式大;3种结合型式下上盖物业振动的频率主要在40~90 Hz,且对于上盖物业同一楼层,振动随距振源距离的增大而逐渐减小;软结合型式下上盖物业一层加速度级最大值为68.2 dB,较站厅层减小11.3 dB;硬结合Ⅰ型、硬结合Ⅱ型的上盖物业加速度级最大值分别为83.4、79.4 dB;地铁振动造成上盖物业附加第一主应力很小,且在向上传播过程中衰减很快;从站厅层到上盖物业,软结合型式第一主应力衰减85.81%,硬结合Ⅰ、Ⅱ型式分别衰减63.46%、72.27%,间隔土对附加应力有明显衰减作用.在地铁实际建设工程中建议选用软结合型式.

基于结构振动响应的长型浮置板轨道隔振器失效检测方法

目前钢弹簧浮置板轨道的隔振器失效判别主要依赖于人工巡检或视觉成像系统,但此类方法效率低、检测滞后且成本高昂。本文提出了一种自动化的检测方法,该方法利用残差学习思想和卷积神经网络基本理论构建数据分类器,并通过列车动荷载作用下的结构动力响应对现役某常见的长型浮置板轨道进行隔振器失效的检测识别。首先,基于车-轨垂向耦合动力学建立考虑隔振器不同服役状态的地铁车辆-浮置板轨道垂向耦合动力学仿真分析模型,进而生成多种运营工况下的数据集,用于网络的训练和性能测试;其次,进一步研究了传感器布置方式对网络检测性能的影响,以决定适宜的传感器布置方案;最后,在实际地铁线路中开展试验,对所提出的方法进行了验证。结果表明:通过对传感器布置位置进行优化,深度残差网络模型的检测准确性显著提升;合理设置传感器的数量也可以提高本文方法的检测性能;此外,通过适当选取传感器布置方案,本文提出的基于深度残差网络的隔振器失效检测方法在仿真数据中实现了98.99%的准确度,并在试验数据中实现了96.33%的准确度。该方法具有较高的可行性和应用潜力,可为地铁浮置板隔振器智能运维提供参考,并有望在未来用于隔振器失效的自动化检测。

基础激励下磁悬浮转子振动响应研究

应用于移动载体上的磁悬浮转子会受到基础运动的激励作用产生振动,甚至会造成转、定子碰摩与系统失稳。为了探究基础激励下磁悬浮转子的振动响应,进行了数值仿真和试验验证。考虑磁悬浮轴承的闭环控制,建立了基础激励下的磁悬浮转子动力学模型,基础激励对转子的作用以附加广义力形式引入转子运动微分方程。通过数值仿真分析了基础简谐激励幅值和频率、基础冲击激励加速度与脉宽、磁悬浮轴承控制参数对转子振动响应的影响。进行了基础激励试验,试验结果与仿真结果吻合,验证了基础激励下磁悬浮转子模型的准确性。结果表明,转子简谐响应幅值与基础简谐激励频率的平方和激励幅值成正比,转子冲击响应峰值与基础冲击激励的加速度成正比,适当增大磁悬浮轴承控制器的比例系数和微分系数可以抑制基础激励引起的转子振动。

PE管道的爆破振动响应规律及灰色关联度分析

为了降低隧道爆破施工对既有埋地PE管道造成的振动危害,有必要在施工前了解影响管道振动效应的各种因素。根据现场实测数据,采用MIDAS GTS NX软件建立岩土体-隧道-PE管道三维数值模型,并将现场监测结果和数值模拟结果进行对比分析,验证数值模型的可靠性。分析得出:爆破振动作用下土体弹性模量、泊松比和管径的增加会使管道的最大振速增大;因为地表自由面叠加作用的原因,管道埋深的增加使管道最大振速先减小后增大。运用灰色关联度理论,确定了4种不同因素对管道振动效应的影响程度,主次关系为:土体弹性模量>管道埋深>土体泊松比>管道直径。准确地了解各因素对管道振动的影响程度能够更好的对隧道爆破施工时PE管道的安全性进行评估,为工程实际施工提供参考。

地铁上盖建筑振动响应预测及舒适度分析——以南京地铁1号线停车维修库综合体上盖住宅项目为例

对南京市地铁1号线车库段上部待建住宅楼进行研究,探讨地铁上盖建筑受地铁出入库振动的影响。通过现场测试与数值模拟,预测不同工况下待建建筑的振动响应以及室内振动加速度限值范围。模拟结果表明,采用底部加速度法将所测轨道、混凝土柱的振动输入计算模型中,可以获得待建建筑三向位移变化,并进行结构易损部位及预警分析,判断建筑安全性。通过模拟8种工况,计算得到1~80 Hz频率范围内各建筑楼板1/3倍频程中心频率下的加速度响应有效值和加速度振级,获取了住宅舒适度影响较大区域的具体坐标。研究成果对结构减振及舒适度提升具有参考意义。

地基和基础对建筑物地铁振动响应影响的研究

随着我国地铁建设的飞速发展和城市用地日益紧缺,建筑物与地铁线路的距离越来越近。对于临近地铁的新建建筑,在设计阶段对于建筑结构开展抑制地铁振动的优化设计渐趋必要。以某临近地铁的待建建筑物为研究对象,采用数值仿真方法,对不同基础形式(桩筏基础和筏板基础)及不同地基类型(非挤土地基和挤土地基)建筑物的地铁振动响应进行对比分析,结果表明:桩筏基础抑制地铁振动的能力略优于筏板基础,基础形式变化对建筑物室外振动的影响不显著,且不会改变建筑物室内振动水平随楼层升高的变化规律,基础形式不同使建筑室内振动分布发生变化,但变化的规律性不显著;非挤土地基抑制地铁振动的能力明显优于挤土地基,地基类型变化亦不会改变建筑物室内振动水平随楼层升高的变化规律,但对建筑室外和室内振动响应的影响都较为显著。

振动响应传递率及其在光学精密设备中的应用

基于振动响应传递率的工作模态分析方法(operational modal analysis,OMA)相比于传统的试验模态分析方法(experimental modal analysis,EMA)不需要激励被测系统,因此具有测试步骤简单,应用场景广泛的优点。但当前基于振动响应传递率的工作模态分析方法还处于起步阶段,暂未形成统一的理论体系。为此,梳理和总结了基于传递率的工作模态分析方法的有关研究成果,并将其应用于光学精密设备的模态测试之中。

基于时变啮合刚度的多剥落齿轮振动响应分析

为了探究多剥落齿轮系统中振动响应的演变规律,融合时变啮合刚度构建了多剥落齿轮动力学模型。首先,融合修正的能量法和单/双齿对啮合角位移计算方法,建立多剥落齿轮啮合刚度模型;其次,考虑时变啮合刚度、齿侧间隙和初始压力角等因素,构建6自由度多剥落齿轮动力学模型,并从仿真、理论和实验维度开展模型有效性分析;最后,基于所构建的模型,研究齿根、节线和齿顶位置同时发生剥落时,剥落尺寸变化对啮合刚度影响,获得多剥落齿轮振动响应的演变过程。研究结果表明,所构建模型与理论及实验误差小于0.5%,并得到了齿根、节线和齿顶位置剥落的啮合刚度及振动响应的演变规律,随着剥落宽度的扩展,节线附近振动幅值增大显著;随着剥落深度的增加,齿顶位置受到的振动冲击更为强烈;而随着剥落长度的增加,剥落的波及范围扩大。所得结论为齿轮系统的健康监测和早期故障诊断提供了理论指导。

岩体临空面块体振动响应规律研究

结构面是控制岩体工程局部稳定的关键因素之一,查明结构面赋存及组合状态是岩体稳定性分析的前提条件,目前常采用地质调察的方法,由于勘察手段的局限性,存在遗漏时常需要补充勘察,成本耗费高。通过开展室内试验,对结构面模型的表面振动响应规律进行了研究,研究表明:对于单结构面模型,结构面前方的质点振幅存在增幅效应,对于由两条结构面切割的块体模型,仅在远离动力输入侧的结构面前方存在振幅放大效应。在试验成果的基础上开展了数值模拟分析,分别对不同结构面倾角的岩体模型进行计算,结果表明:相对于萨道夫斯基经验公式得到的振动衰减规律,当结构面与爆源方向地面夹角θ值小于90°时,结构面前方的振动波入射区域质点振幅存在明显放大效应,结构面后方质点振动幅值则显著衰减。随着结构面与边界面夹角θ的减小,结构面前质点峰值振速增幅率逐渐增大,并在θ=20°时波幅放大2.8倍。通过合理布置爆破振动监测测点,这一规律为爆破工程中识别结构面及块体提供判据。

中低速磁浮圆曲线钢箱梁桥车致振动响应研究

随着圆曲线钢箱梁桥在城市交通中的应用愈发广泛,为探究其在中低速磁浮车辆运行作用下的振动响应特性,基于多体动力学和有限元方法建立车辆-轨道-钢箱梁刚柔耦合动力学模型,采用动态电磁阻尼力影响的二维磁轨关系,并考虑轨道关键部件的参振作用,分析圆曲线段钢箱梁的振动特性,探讨钢箱梁板厚、车辆速度及车体质量对钢箱梁振动响应的影响。结果表明:受曲率影响,钢箱梁在发生弯曲的同时亦会伴生扭转,产生弯扭耦合振动;钢箱梁的振动主要由10~20 Hz的钢箱梁整体弯曲振动、30~40 Hz的钢箱梁扭转振动以及50~70 Hz的轨道局部振动引起;计算得到的钢箱梁跨中横向及垂向最大挠度分别为1.26 mm、3.88 mm,均满足相关标准要求,钢箱梁具有足够的支撑刚度;各工况下的垂向加速度均未超过5.0 m/s^(2)的限值,且最高达到2.2 m/s^(2);在板厚10 mm以及超员载荷工况下,横向加速度大多超过1.4 m/s^(2)的限值,且最高达到4.0 m/s^(2);车辆速度的减小和车体质量的增加均会放大弯扭耦合作用影响,而板厚的增加则能够有效降低弯扭耦合作用影响,当板厚由10 mm增至40 mm时,一阶横弯及扭转频率对应振幅分别减小94.3%、98.7%。

冲击回转钻孔过程振动响应时频特征与岩石力学性质相关性研究

冲击回转钻孔过程中产生的振动信号往往蕴含着丰富的岩石力学信息,通过振动信号判别岩石力学性质缺少定量研究。通过工程实例采集了冲击回转钻孔过程的三向振动信号,利用钻杆位移曲线提取纯钻进过程信号,通过小波变换消除噪声,分析了钻孔过程振动响应时域、频域和时频域特征,引入取决于概率密度函数形状的幅值域参数,找出了具有代表性的特征值和特征频率,通过岩石力学试验结果分析了钻孔过程振动时频特征与岩石力学性质的相关性。结果表明:三向振动信号中反映振动强度平均水平的均值、标准差、有效值随岩石单轴抗压强度的增加而增加,波峰因子、冲击因子和裕度因子这些反映冲击信号占比的指标随着岩石单轴抗压强度的增加而减小;钻杆轴向的振动信号均值、标准差、有效值、波峰因子、冲击因子和裕度因子均与岩石单轴抗压强度表现出良好的线性关系,通过这些时域特征值预测岩石强度是可行的;钻杆轴向特征频率和钻头冲击频率相当,垂直于钻杆方向的特征频率表现出较大差异,在均一地层条件下,时频域分析结果表明特征频率在钻孔过程中基本保持不变;垂直于钻杆方向的特征频率与岩石单轴抗压强度表现出非线性关系,可结合钻进速度确定岩石的强度。

大型抽水蓄能电站地下厂房结构振动响应数值模拟研究

抽水蓄能电站振动问题较为突出,强烈的振动会严重影响机组和厂房的安全稳定运行。采用黏弹性人工边界模拟厂房与围岩连接处的边界条件,计算分析了丰宁抽水蓄能电站某机组段地下厂房整体结构的自振频率特性,并对其进行了共振复核;采用时程法计算分析了脉动压力作用下厂房结构的振动响应,并与实测数据进行了对比。结果表明:厂房整体结构前20阶自振频率范围为13.32~34.90 Hz,产生共振的危险性很低;楼板各测点竖向均方根加速度的计算值与实测值相差不大,说明所采用的数值分析方法是合理有效的;抽水工况下各典型部位最大振动响应均满足厂房振动控制标准,发电工况下除水轮机层楼板竖向最大均方根加速度超过人体健康评价标准外,其余结构的各项指标均满足厂房振动控制标准。

强度与振动响应协同约束的邮轮轻量化研究

为解决进行邮轮轻量化时因模型差异而不便协同约束强度和振动响应的问题,对中型邮轮全船主要结构变量进行质量和强度的灵敏度分析,筛选出对全船最大应力和质量敏感度最高的4个变量,进而构建最大Von-Mises应力和最大切应力的响应面函数代理模型。基于代理模型提出强度和振动响应协同约束的轻量化方法,运用OptiStruct对全船主要结构的板厚进行尺寸优化。最后对优化后模型的强度和振动响应进行校核,结果显示:在协同约束下的轻量化后全船最大应力较优化前增量小于2%,优于仅约束振动响应的轻量化方法的结果;对于全船振动的控制较仅约束强度的轻量化方法可提高2~4dB以上,且可实现3.232%的轻量化效果。协同约束方法能在保障强度和振动响应的前提下实现轻量化。

弹簧预紧力对轴承滚子不平衡量检测仪振动响应的影响

以圆柱滚子动不平衡量检测仪的气浮检测装置为研究对象,通过试验研究了不同预紧力对气浮检测装置振动响应的影响,建立振动系统-滚子动力学模型分析振幅的影响因素及弹簧预紧力对振动系统阻尼比的影响,结果表明:气浮检测装置的振动响应随动不平衡量的增加而增大,其主要受振动系统质量和阻尼比的限制;随着弹簧预紧力的增大,振动系统阻尼比先减小后增大,在预紧力为1.96 N时取得最小值;系统共振振幅只与阻尼比的变化有关,与滚子随转频衰减的离心力无关。

EVO切丝机刀辊轴承动力学建模与振动响应分析

为了探究EVO切丝机刀辊轴承的振动特性,以圆柱滚子轴承为研究对象,考虑时变位移和Hertz接触,建立了含外滚道缺陷的圆柱滚子轴承四自由度动力学模型。通过求解动力学微分方程组,获得了仿真振动响应信号,分析了仿真信号特征并验证了模型的可行性。最后研究了不同转速对轴承振动响应的影响,研究表明,轴承振动幅值会随转速的增大而增大,为EVO切丝机刀辊轴承的状态监测提供了理论指导。

层状地基分界面及土体参数变化对土体振动响应影响研究

为研究空沟在层状地基上时,土体参数和土体分界面对土体振动响应的影响,采用Comsol仿真物理场建立了二维有限元分析模型。在研究中,分析了层状地基不同土体参数时的土体振动响应表现差异,结果表明:空沟在深度达到层状地基的土体分界面附近时会出现振动加强现象,该现象受到分层土体的泊松比和密度以及弹性模量的影响。土体参数的变化同样会导致土体振动响应的变化,具体表现为密度越大则土体振动响应就越大;而弹性模量和泊松比则需考虑分层情况。其中下层弹性模量越大则土体振动响应越大,上层则与之相反;下层泊松比越小则土体振动响应越大,而上层在空沟深度小于一定范围内时时表现为泊松比越小土体振动响应越大,在当达到一定深度后,上层土体不同泊松比的加速度大小曲线呈现交错状态。

基于随机行走模型的行人实感振动响应分析

针对人群荷载随机性对行人振动感知的影响,研究随机行走模型中行人感知振动响应动态变化规律.首先,基于随机人群行走模型,建立了考虑行人实感的竖向振动响应分析方法 .然后,对比分析不同随机行走模型下行人实感最大振动响应、出现时刻以及位置区间上的变化规律.最后,通过研究行人实感最大振动响应与结构跨中峰值加速度之间的相关关系,定义振动响应折减系数和变异系数,提出行人实感最大振动响应的近似计算方法 .研究结果表明:有序排列模型(Ordered Arrangement Model,OAM)、随机到达模型(Stochastic Arrival Model,SAM)、随机分布模型(Stochastic Distribution Mode, SDM)、动态平衡模型(Dynamic Equilibrium Model, DEM)4种人群行走模型下,行人实感的最大加速度响应服从近似的正态分布,OAM的值域范围大于其他3类模型;最大响应出现位置以及出现时刻取决于行人的行走方式,随人群密度增长无明显变化;OAM与SAM分布规律相同,出现时刻主要集中在总时程内的中间段,而SDM与DEM分布相对均匀;行人实感的最大响应计算值与实际值最大误差不超过5%.

车轮多边形磨耗对车桥耦合振动响应的影响

为探究车轮多边形磨耗对车桥耦合系统振动响应的影响规律,采用ANSYS和SIMPACK联合仿真方法,以国内某高速列车和铁路简支梁桥为原型,建立车桥耦合振动分析模型,把轨道不平顺和车轮多边形磨耗作为系统的输入激励,对车桥耦合系统的振动特性展开研究。结果表明:车轮多边形磨耗对车桥耦合系统的振动响应影响显著;3阶车轮多边形磨耗使轮重减载率增大67.7%,严重降低了列车行驶的安全性,也使桥梁跨中横、竖向加速度分别增大2.74倍和2.27倍;车桥耦合振动响应随着车轮多边形磨耗幅值、阶数的增大而增大,当车轮多边形磨耗幅值由0.02 mm增大至0.08 mm时,列车轮重减载率、桥梁跨中横向和竖向加速度、钢轨中点横向和竖向加速度分别增加76.5%、174%和127%、47.3%和83.1%;当车轮多边形磨耗阶数由1阶增大至4阶时,列车轮重减载率、桥梁跨中竖向加速度、钢轨中点横向和竖向加速度分别增加116%、389%、82.0%和170%。特别地,列车以200 km/h速度运行时,3阶车轮多边形磨耗引发桥梁横向共振使得桥梁跨中横向加速度显著增大,是4阶车轮多边形磨耗作用时的2.74倍。

基于振动响应分析的海底管道悬空内检测研究

铺设于海床中的海底管道常因洋流冲刷、船舶锚拽等自然或人为因素而处于悬空状态,易造成管道变形、腐蚀、损伤和开裂泄漏等问题,严重影响管线安全。针对DN200海底管道的悬空内检测,设计了一种内检测机器人并对其进行了动力学分析。同时,联合ANSYS与ADAMS软件建立了柔性管道-土耦合模型,开展了悬空管道内检测仿真分析。采用快速傅里叶变换和短时傅里叶变换方法对内检测机器人在复杂激励耦合条件下的振动响应信号进行处理,通过分析机器人的振动加速度实现了对悬空管段的有效识别。研究结果为油气管道悬空内检测提供了新思路。

偏心故障齿轮系统内部动力激励及振动响应研究

以山区曲线半径较小的城市轨道交通传动齿轮系统为例,提出一种计算偏心故障时齿轮系统内部动力激励的方法。首先,建立含偏心故障的齿轮几何模型,以螺距点为边界将偏心故障下的斜齿轮副接触线分成两段,计算齿轮副的摩擦激振力,得到齿轮副偏心故障对摩擦激励的影响规律。其次,建立偏心故障齿轮系统的多自由度集中质量动力学模型,得到齿轮系统的动态啮合力。最后,以动态啮合力为内部动力激励,采用模态叠加法研究齿轮系统的振动特性,并对计算结果和实验结果进行对比分析。结果表明,仿真结果与实验结果吻合较好,偏心故障动态响应的频域分量与试验结果的关系更为密切,研究结果可为齿轮系统偏心故障的早期监测提供理论依据。