列车作用下大跨径悬索桥纵向运动响应分析方法对比研究

随着我国铁路事业的发展,近年来设计和建造了一些大跨径铁路悬索桥。悬索桥属于典型的柔性结构,加之列车荷载大、运行速度快,列车过桥时加劲梁纵向运动问题突出。准确地计算出列车过桥时梁端纵向运动响应是进行悬索桥结构设计和梁端位移控制的前提。该文通过有限元仿真,采用4种不同的分析方法,对运行列车作用下大跨径铁路悬索桥纵向运动响应特征进行对比研究。首先,分别介绍移动静载法、移动荷载法、移动质量法、车-桥动力相互作用法的计算理论及其有限元实现方法;随后,以某主跨1060m铁路悬索桥为例,分别采用4种方法进行纵向运动响应计算;最后,对4种分析方法的计算结果进行对比分析。结果表明:大跨径铁路悬索桥纵向运动分析应考虑动力效应;通过移动荷载法、移动质量法及车-桥动力相互作用法分析得到的纵向运动响应接近;采用移动荷载法进行大跨径铁路悬索桥纵向运动响应分析可以简化计算且满足计算精度要求。

铁路悬索桥车致纵向运动混合阻尼减振研究

针对铁路悬索桥在列车过桥时梁端纵向运动响应控制问题,提出了一种创新的混合阻尼减振方案,采用多种类型的阻尼器控制梁端位移,以满足不同的减振需求.以某在建大跨铁路悬索桥为工程背景,建立了空间桁架精细模型和等效单梁简化模型,系统研究了混合阻尼减振方案不同阻尼器参数对减振效果的影响.该方案将低指数黏滞阻尼器纵向安装于桥塔与加劲梁之间,同时在桥台与加劲梁之间纵向安装电涡流阻尼器.鉴于桥台结构的特殊性,电涡流阻尼器被设计为仅能承受压力的装置,并通过样机试验进行了验证.为了进一步提升减振性能,电涡流阻尼器还配备了摩擦耗能元件.该混合阻尼减振方案能够有效控制列车过桥时梁端的纵向运动响应,显著提高桥梁结构的安全性和耐久性,在类似工程中具有重要的参考价值和借鉴意义.

列车制动作用下悬索桥纵向运动及其黏滞阻尼器控制研究

列车的制动行为会对悬索桥的纵向运动产生影响,因此有必要对千米级大跨度铁路悬索桥在列车制动下的纵向运动进行研究。以一座主跨1060 m的大跨度铁路悬索桥为研究对象,采用数值模拟的方式探讨了列车制动作用下其梁端纵向运动的响应特性,并研究了黏滞阻尼器在控制纵向运动中的效果。首先介绍了该千米级大跨径铁路悬索桥的工程背景,以及基于ANSYS软件建立的有限元模型;然后介绍了大跨径铁路悬索桥纵向运动的加载求解方式,支座摩阻和黏滞阻尼器的有限元模拟方式,以及制动力的模拟方式;接着探究了不同制动位置、是否考虑支座摩阻力对悬索桥梁端纵向运动响应的影响;最后,研究了黏滞阻尼器的纵向运动控制效果,并进行了参数分析。研究结果表明:随着制动位置越接近下桥位置,纵向位移变化曲线形状越接近正弦函数形式;支座摩阻对列车制动作用下的梁端位移响应有一定的控制作用,对梁端速度响应控制效果不佳;采用黏滞阻尼器可以有效控制列车制动下的悬索桥梁端位移和速度响应;当采用阻尼系数为2500 kN(m/s)^(-α),阻尼指数为0.1的黏滞阻尼器时,控制效果最佳。

内孤立波中潜水器纵向运动特性数值仿真研究

海洋中内孤立波会诱发突变的环状剪切流,导致潜水器产生大幅度的垂向掉深和俯仰运动,给潜水器航行安全和作业性能带来威胁。本文基于CFD的速度入口造波法和重叠网格技术,建立内孤立波中潜水器运动响应预报方法,通过与分层流水池试验结果对比,证明该方法可准确模拟内孤立波中潜水器大振幅运动;通过对处于分层界面的无动力悬浮潜水器在内孤立波中的运动过程模拟分析,揭示内孤立波中潜水器掉深及俯仰运动产生机理,同时探究分层厚度比、波幅、潜深等参数对无动力悬浮潜水器纵向运动的影响规律。结果表明:潜水器在内孤立波中的掉深和俯仰运动幅值是由内孤立波波幅和最大波倾角决定;波幅、分层厚度比、潜深等因素对潜水器纵向运动特性有较大影响。

滑行艇波浪中纵向运动理论预报的新方法

分析了现有滑行艇纵向运动理论预报方法的不足;根据滑行艇的艇型特点以及模型静水阻力试验和规则波、不规则波的试验结果,提出了滑行艇纵向运动的基本假设;建立了计及浮性和滑行力、滑行力矩影响的滑行艇纵向运动基本方程,提出了预报滑行艇纵向运动的实用计算方法(滑航法)并编制了理论预报程序;比较了忽略浮态变化的全排水量法、只考虑浮态变化的浮航法、同时考虑浮态变化和滑行力、滑行力矩影响的滑航法的计算值和实验值的差别,指出在预报滑行艇纵向运动时,低速宜采用全排水量法或浮航法,中高速时宜采用滑航法。

高速滑行艇在规则波中的纵向运动数值研究

为准确评估滑行艇在波浪中的运动特性、寻找运动规律,应用基于VOF RANS求解器的CFD方法对高速滑行艇在规则波浪中的迎浪运动进行数值计算。在纵摇和升沉两自由度模型下对滑行艇进行数值模拟,得到了滑行艇在迎浪运动中的无跳跃、规则跳跃和不规则跳跃3种运动形式。对3种运动形式发生的条件,即波长、波高和航速进行了研究,得到运动发生的条件区间,并分析了跳跃的发生对纵向运动幅度规律的影响。计算结果表明,规则跳跃和不规则跳跃的发生均会改变无量纲化纵向运动幅值随波高的变化规律。其中,不规则跳跃对滑行艇运动幅值的影响较规则运动更为强烈。

小水线面双体船纵向运动控制系统的试验研究

提出了小水线面双体船纵向运动控制系统的数学模型,并建立了该系统的试验平台,开展了前后鳍静态和动态水动力特性试验,分别进行了无控船模和前后鳍控制船模在规则波中的耐波性试验。试验结果表明,所设计的前后鳍对该小水线面双体船具有可控性;由确定控制矩阵K的方法获得了初步优化的控制规律;经初步优化控制后的实船,在不规则波上的升沉和纵摇有义值分别下降26.9%和32.0%。

一种能考虑动升力影响的高速艇迎浪纵向运动的数学模型

根据高速艇在静水及波浪中运动的特点,提出了高速艇迎浪纵向运动的基本假设,建立了能考虑动升力影响的高速艇迎浪纵向运动基本方程,并提出了高速艇迎浪纵向运动预报的一种新方法(滑航法),编制了理论预报程序,进行了模型试验验证研究.结果表明,中高航速时,滑航法可用于高速艇迎浪纵向运动的预报.

轻于空气的飞艇纵向运动的分析及仿真

介绍了我国自主研制的轻于空气的飞艇 ,给出了其线性化的纵向运动状态方程。在此基础上 ,对该飞艇的纵向扰动运动进行了稳定性和能控性分析 ,指出其是不稳定的 ,但完全能控。将飞艇的纵向扰动运动分成 3个特征模态 。

车辆纵向运动跟车间距控制的研究

采用一种可以实施混合学习算法的自适应神经—模糊推理系统(ANFIS)结构 ,对车辆纵向运动跟车间距控制问题进行了研究 ,设计了基于ANFIS结构的跟车间距控制器 ,通过仿真对ANFIS结构控制器中的各参数进行了优化 ,结果表明 ,运用ANFIS结构进行跟车间距控制是可行的 ,控制器可取得较为满意的控制效果。

用于汽车纵向运动控制的传动系统模型简化与分析

针对汽车纵向运动控制系统特点,采用线性化方法对比分析传动系统各部件对系统传递性的影响,总结出适合汽车纵向运动控制的简化数学模型。并基于简化模型,应用灵敏度理论分析了系统传递特性对模型中各参数的敏感性。

深V型艇系列模型纵向运动试验研究

为了研究艇底艉部斜升角对深V型艇纵向运动的影响规律,采用系列模型试验方法,在高速拖曳水池中开展了舯部斜升角为24.6°的深V型艇模型规则波中纵向运动试验.结果表明:迎浪规则波中,艇艉斜升角10°的阻力最小.在长波范围内,艉部斜升角增加导致垂荡幅值减少,最大降幅达9.8%,艇体容积傅氏数F为1.18时,艉部斜升角15°所对应的纵摇幅值最小;F为2.2时艉部斜升角10°时的纵摇值最小.艉部斜升角变化对垂向运动加速度的影响较小.

水翼艇纵向运动多变量随机最优控制仿真

基于随机控制理论 ,针对全浸式水翼艇的多变量随机控制方法进行探讨 ,并着重分析水翼艇的纵向运动姿态的随机最优控制。首先 ,依据动力学原理对其运动方程的建立和线性化进行了推导。其次 ,利用线性卡尔曼滤波器对其纵向运动姿态进行估计 ,依据LQG性能指标构造了最优控制规律。通过施加控制前后状态的比较 ,可以看出 ,应用随机最优控制的方法 。

深V型滑行艇纵向运动试验研究

深V型滑行艇模型纵向运动试验研究表明 :规则波中 ,升沉响应的平均值与静水航行时的重心升高极为接近 ,纵摇响应的平均值与静水航行时的纵倾较为接近 ,证实了相同航速下滑行艇在波浪中航行的纵向运动是相对于静水浮态的升沉纵摇运动 ;随着航速的增加 ,升沉响应峰值、纵摇响应峰值、垂向运动加速度峰值都向长波方向移动 ;速度较高、波幅较大时 ,升沉、纵摇。

船舶纵向运动建模及广义预测控制

研究船舶纵向运动从而实现有效控制是非常必要的。以442T水面舰艇为仿真研究对象,依据切片理论,利用在不同航速、航向和不同频率的规则波扰动下水池实验测量的数据算得水动力参数,从而得到船舶纵向运动数学模型;利用Kalman滤波对船舶纵向运动进行状态估计;将广义预测控制应用于船舶减纵摇。仿真结果表明该方法可行并有效,减摇效果达到52%～75%。

低空风切变中直升机纵向运动特性分析

低空风切变是危及飞行安全的一种危险天气 ,由此而引起的严重飞行事故时有发生。将风切变引入直升机的基本运动方程 ,定性地讨论了水平风切变对直升机进场着陆 /着舰的影响 ,着重分析了直升机在低空风切变中的飞行航迹、操稳特性变化特点等 ,对飞行员处理风切变有一定的参考价值。

B.H.型气泡高速艇规则波中纵向运动试验研究

在高速拖曳水池里开展了B.H.型气泡高速艇静水阻力及规则波纵向运动模型试验,研究了气流量、航速、波长、波高等因素变化对B.H.艇波浪中阻力、垂荡、纵摇、垂向运动加速度的影响。探讨了波高变化对饱和气流量的影响。研究结果表明:静水中B.H.艇相对减阻率可达36.25%,绝对减阻率可达20.79%,迎浪规则波中相对减阻率可达32.3%,与静水减阻效果基本相当,波长变化对减阻率的影响甚微。气层并未导致纵向运动性能的恶化,相反在一定航速与波长范围内,艇底气层能改善垂荡与纵摇运动;饱和气流量下,阻力、垂荡、纵摇及重心垂向运动加速度随波高呈非线性变化,航速增大非线性增强,波长增加非线性降低;波浪中饱和气流量随波高呈非线性变化。

基于扩展卡尔曼滤波的船舶纵向运动受扰力与力矩的估计

基于递推最小二乘法设计并实现海浪干扰力和干扰力矩的成型波滤器 ,对有色的次优卡尔曼滤波和扩展卡尔曼滤波 ( EKF)的效果进行对比。通过引入成型滤波器 ,采用 EKF,提高了状态估计的精度 ,实现对随机海浪扰动力和力矩的估计。仿真结果表明 。

UUV水下带缆回收纵向运动研究

对UUV水下带缆回收运动模型进行了受力分析,并结合动力学基本原理建立了适用于UUV水下带缆回收运动的数学模型。在此基础上结合UUV水下带缆回收相关理论知识,文中提出了UUV水下带缆回收的纵向弹道规划,并对其进行了仿真研究。研究结果一方面对文中所提出的UUV水下带缆回收纵向弹道规划进行了可行性验证,另一方面总结出了UUV水下带缆回收的相关结论,具有一定工程实用价值。

HIRFL中的束流纵向运动

对兰州重离子加速器的两台等时性回旋加速器中的束流纵向运动作了简单分析，主要介绍两条束运线上的几台聚束器的物理设计。超低能束运线－ＳＦＣ轴向注入线上的两台聚束器采用了线性聚束器，并提出了用半频聚束来提高两台回旋加速器的纵向匹配效率的新方法。低能束运线（ＢＬ１）上的聚束器采用多工作模式以解决加速粒子和能量范围宽的问题。