高压力大型球阀基础结构研究

水电站高压力大型进水球阀的基础结构一般采用球阀底座与球阀基础板能够相对滑动的设计。就不同摩擦系数下,由于温度变化造成的挤压力对球阀支腿和混凝土支墩的影响进行了计算分析;对球阀底座与球阀基础间不同滑动副结构进行了对比分析。

爆炸荷载下钢箱梁桥动力响应机理与关键参数研究

为了探讨钢箱梁桥在爆炸荷载下的动力响应机理及关键参数对其影响规律,基于流固耦合方法,建立了钢箱梁桥、空气和炸药有限元模型,分析了爆炸荷载下钢箱梁桥动力响应机理。随后针对钢箱梁桥的关键参数,分析了各参数对钢箱梁桥的动力响应影响灵敏度,提出了钢箱梁桥在抗爆设计时参数选取规律。研究结果表明:在爆炸荷载作用下,钢箱梁桥的破坏主要分为三阶段。钢材性能由Q345提高为907A钢,钢箱梁桥的凹坑深度和塑性变形区面积减小了33.91%和27.93%;截面形式和爆炸位置两个关键参数的改变涉及纵横隔板对主要迎爆区薄弱位置的加固,能够明显提高钢箱梁桥的抗爆能力。比例距离0.1 m/kg^(1/3),爆炸位置相同,约束形式由简支改为固支,对钢箱梁桥抗爆性能提升几乎无影响。

F轨对中低速磁浮列车-桥梁系统竖向耦合振动的影响研究

为了探讨F轨对中低速磁浮列车-桥梁系统竖向耦合振动响应的影响,以某中低速磁浮试验线20m预应力混凝土简支梁为研究对象,考虑基于位移-速度-加速度反馈的PID主动悬浮控制,采用SIMPACK和ANSYS联合仿真,分别建立了考虑F轨和不考虑F轨两种中低速磁浮列车-桥梁系统耦合振动模型,结合现场动载试验,将仿真值与实测值分别在时域与频域内进行对比与验证,着重考察竖向耦合振动响应。结果表明:考虑F轨时,仿真结果与实测结果更为接近;F轨在50~65Hz范围内的局部振动密集,考虑F轨时,桥梁竖向加速度的仿真值与实测值均在此频率范围内出现峰值,而不考虑F轨时在此频率范围内未出现峰值;F轨的局部变形较明显,更类似于短波不平顺,使得磁浮间隙与磁浮力的波动范围更大,导致车辆动位移和振动加速度更大;增加F轨的竖向刚度,可减小桥梁和车体的竖向动力响应值。

车-桥耦合振动2019年度研究进展

车辆运行于桥梁上,车辆与桥梁之间相互作用、相互影响,称为车-桥耦合振动。车-桥耦合振动理论为桥梁设计、线路运营、维护及管理提供了理论基础、分析方法和评估手段,具有重要的工程应用价值。自20世纪起,众多学者已经开展了大量卓有成效的研究工作。近年来,中国交通运输行业飞速发展,稠密的交通网、紧张的运能、复杂的线路条件等因素对传统的车-桥耦合振动理论提出了新的挑战,也催生了相关先进理论技术的发展。为了促进该领域后续更加全面深入的基础研究,对轨道不平顺作用下的车-桥耦合振动、轨道不平顺作用下的车-桥耦合随机振动、风车-桥耦合振动、地震车-桥耦合振动、磁浮交通车辆轨道梁耦合振动等5个方面在2019年的研究进展进行了总结,并对研究热点和展望进行了梳理。

多级离心泵内部非定常压力分布特性

为研究多级离心泵运行过程中的振动特性,以一台两级离心泵为例,建立整泵的流道模型,基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)软件ANSYS CFX,选取标准k-ε模型,进行全流场三维非定常数值计算,获取额定工况下叶轮出口处和径向导叶内不同位置处的压力脉动特性、作用在叶轮上的扭矩特性以及作用在叶轮上的径向力特性,并对其进行频域分析。结果表明:各监测点的压力均呈现出以叶片通过频率为主频的周期性压力波动;作用在叶轮上的径向力呈现脉动状态,其矢量分布图基本呈圆形分布,作用在叶轮上的扭矩呈现出以叶片通过正导叶频率为主频的周期性波动;叶片和导叶间动静干涉是影响压力和扭矩波动的主要因素。该研究结果为改善泵体结构设计,提高多级泵的使用稳定性提供依据。

轨道结构形式对箱梁中高频振动的影响研究

为探讨不同轨道结构对桥梁中高频振动的影响,在频域内建立考虑多轮对相互影响的车辆-轨道系统耦合模型和桥梁有限元模型,以某城市轨道交通30 m简支箱梁的现场动载试验为依据,对所建模型进行验证。在此基础上,采用数值方法就三种轨道结构形式(埋入式轨枕、梯形轨枕以及钢弹簧浮置板)对箱梁中高频振动的影响规律及原因进行了探讨。结果表明:"车轮-轨道系统"的固有频率影响轮轨力的峰值频段;频率低于"钢轨-扣件系统"的固有频率时,钢轨的动柔度受到轨道结构形式的影响;各轨道结构系统的固有频率决定着力传递率的衰减趋势,并在该固有频率附近放大力传递率;轮轨力(外因)与力传递率(内因)共同决定着传递到箱梁上的力,从而影响箱梁中高频振动;对于箱梁中高频振动的减振效果而言,钢弹簧浮置板最优,梯形轨枕次之,埋入式轨枕最差。

中低速磁浮列车-简支梁系统耦合振动试验研究

为探讨中低速磁浮列车-简支梁系统的耦合振动特性,以长沙中低速磁浮交通运营线中的一跨25m简支梁为研究对象,开展现场动载试验,对磁浮列车及简支梁的各动力响应值进行测试和分析。研究表明:磁浮列车、简支梁的动力性能良好,均满足规范要求;随着车速的增加,简支梁竖向与横向的各动力响应值均增大,且竖向增速大于横向;简支梁竖向加速度峰值集中在20 Hz以内,横向加速度远小于竖向加速度,且集中在20~80Hz;空气弹簧具有良好的隔振作用,使车体表现为低频振动(竖向1 Hz、横向1.5 Hz),悬浮侧架的加速度明显大于车体,含有较显著的中高频振动(50~100Hz)成分。

铁路32m混凝土箱梁结构噪声的时变特性研究

基于车-线-桥耦合振动和瞬态声辐射理论,提出一种混凝土箱梁低频结构噪声的数值预测方法 ,以分析结构噪声的时变特性。采用板/壳单元模拟箱梁,求解车-线-桥耦合振动系统,得到时域内箱梁局部振动响应。将该响应作为声辐射模型的边界条件,采用瞬态边界元法求解结构噪声场。以32m混凝土简支箱梁为例,将计算结果与实测数据进行对比验证。结果表明:计算值与实测值在时域和频域内均吻合良好;振动与噪声的1/3倍频程显著频带分别为31.5~63Hz和40~80Hz;振动响应大小由作用在箱梁上的轮对数决定,不同时刻振动响应的频谱特性变化较小;邻跨声辐射的影响不可忽略,简化分析中可取两跨计算。

中低速磁浮列车-大跨度连续梁耦合振动研究

研究目的:本文针对目前世界上最大跨度中低速磁浮桥梁,建立中低速磁浮车辆-控制器-桥梁系统耦合动力学模型,考虑轨道不平顺的影响,研究3节编组中低速磁浮列车以不同速度、不同车辆载荷(空载、定员和超员状态)通过桥梁时车辆和桥梁的竖向动力响应,评价主跨110 m中低速磁浮连续梁车桥系统的动力性能。研究结论:(1)车体的最大垂向加速度为0.447 m/s^2,Sperling舒适度指标最大值为1.664,垂向乘坐舒适度达到"优";(2)悬浮间隙最大波动值为2.26 mm,除车速100 km/h外,其余工况波动值均在2 mm以内,悬浮系统具有足够的悬浮稳定性;(3)梁体跨中最大竖向加速度为0.065 m/s^2,远远小于限值0.5g;(4)本研究成果可为大跨度中低速磁浮桥梁的设计和应用提供参考。

不同轨道结构形式对高架箱梁结构噪声的影响

为探讨不同轨道结构形式对高架混凝土箱梁结构噪声的影响规律,在考虑多轮对相互作用影响的基础上,建立车辆-轨道耦合系统频域内分析模型及桥梁噪声统计能量仿真模型。以某城市轨道交通30m混凝土简支箱梁现场噪声试验为依据,对仿真分析模型进行验证。在此基础上,分别对埋入式轨枕、梯形轨枕及钢弹簧浮置板三种轨道结构形式下作用于箱梁的力、输入功率及箱梁结构噪声的频变规律进行了探讨。结果表明:仿真值与实测值吻合良好,能较好对箱梁结构噪声进行预测;输入到箱梁的总功率及子系统的功率取决于作用于箱梁的力;场点噪声的频变规律主要受箱梁输入功率的影响;轨道结构形式对箱梁噪声的影响较大,辐射总声级大小关系为:埋入式轨枕情况下最大,梯形轨枕情况下次之,钢弹簧浮置板情况下最小。

典型铁路简支箱梁的中高频振动试验研究

以城际铁路32m双线、单线混凝土简支箱梁和高速铁路32m双线混凝土简支箱梁为研究对象,采用现场试验方法,对箱梁各板件在列车作用下的中高频振动响应进行测试分析。将测试结果与其他混凝土简支箱梁和U梁的试验值比较,讨论混凝土简支箱梁各板件中高频振动的影响因素。研究表明:混凝土简支箱梁各板件的中高频振动分布在200Hz以下,最大振动速度级主要出现在31.5~80 Hz频带;峰值振动主要由车轮-轨道系统固有频率决定,同时,与轴距相关的加载频率和板件的局部振动模态将影响中高频振动响应;板件尺寸、约束条件、振动传递路径决定中高频振动响应的大小,U梁的振动响应比更高运营速度下的箱梁大;等截面简支梁各横截面位置在列车通过时段内的总速度级没有明显差异。

中低速磁浮列车-桥梁系统竖向耦合振动理论分析与试验验证

为探讨中低速磁浮列车-桥梁系统竖向动力相互作用特性,文章将中低速磁浮列车进行两种方式的简化,考虑PID主动悬浮控制系统,基于模态叠加法,建立2种类型的中低速磁浮列车-桥梁系统竖向耦合振动分析模型。随后基于长沙中低速磁浮运营线桥梁动载试验,对建立的2种仿真模型进行对比与验证。基于仿真模型2,以不同梁高的桥A、桥B、桥C为研究对象,对中低速磁浮列车-桥梁系统耦合振动特性进行分析。研究表明:将磁浮列车简化为均布荷载的方式能较为准确的模拟实际状况;桥梁刚度的减小会导致作用于车辆和桥梁上的电磁悬浮力增大,使得车体和桥梁的动力响应变大;磁浮列车低速运行时悬浮力频谱分布较离散,而正常速度运行时较集中;中低速磁浮列车-桥梁系统竖向存在着由电磁悬浮力自身频率引起的共振现象,该共振频率较低。

铁路混凝土箱梁箱内空腔共鸣噪声及其影响研究

为探讨铁路混凝土箱梁箱内空腔共鸣噪声及其影响,以某客运专线32m预应力混凝土简支箱梁为研究对象,开展实桥振动与噪声试验,分析箱梁振动与噪声的时域特性及频谱特性。采用有限元法建立三维空腔声模型,分析箱内空腔声模态与腔内噪声峰值的关联性。采用边界元法分别建立两端封闭与两端开口的箱梁声学模型,验证箱内空腔共鸣噪声的来源及其影响。结果表明:在特定行车速度下,箱内噪声出现"拍"现象,显著增大箱内噪声,瞬时最大声压可达40Pa,峰值频率为75.0Hz;箱内噪声的"拍"现象来源于顶板的振动噪声,顶板的振动峰值频率与箱内空腔垂向声模态频率吻合时,箱内噪声显著增大;由于梁缝的声泄漏特性,箱内空腔共鸣噪声在梁缝处衰减较大,但其对桥梁两侧总体噪声的影响不可忽略。

低速磁浮列车在简支梁上运行和静悬浮时的耦合振动试验研究

为研究低速磁浮列车在简支梁上运行和静悬浮时的磁浮列车-简支梁系统耦合振动特性,以长沙磁浮商业运营线为背景,选取其中一孔25m预应力混凝土简支梁进行现场动载试验,实测同一列磁浮列车以两种质量(重车:30t+30t+30t;轻车:24t+24t+24t)在简支梁上通过和静悬浮时的车体、悬浮架、简支梁的振动加速度。试验数据表明:磁浮列车在低速运行时,悬浮系统不稳定,使得简支梁加速度在60Hz处有较大峰值,且幅值随着车速的增大而减小,最后趋于平稳,简支梁的加速度在低速运行范围内较高速运行时大,并且在低速运行范围内随着车速的增大而减小,这一频率(60Hz)不受悬浮质量的影响;悬浮质量越大,悬浮系统越不易稳定,重车的稳定车速为50km/h,轻车的稳定车速为30km/h;悬浮质量越大,悬浮系统的不稳定性对车体和悬浮架加速度的影响越大;磁浮列车静悬浮时,简支梁表现为持续的强迫振动,该激励频率为90Hz,使车体、悬浮架、简支梁均在90Hz处出现峰值,这一频率(90Hz)与悬浮质量的大小无关。

长沙中低速磁浮运营线列车-桥梁系统耦合振动试验研究

为探究不同桥梁结构形式对中低速磁浮列车-桥梁系统耦合振动的影响,选取长沙中低速磁浮运营线中的两种典型桥梁:一跨25m简支梁和(25+35+25)m连续梁为研究对象,开展现场动载试验,测试了列车在桥梁上运行时车辆及桥梁的动力响应。首先分析两种桥梁的基频特性并与仿真值进行了对比,随后分析了车辆与桥梁的动力特性及振动加速度频谱分布特征。结果表明:两种桥梁基频的仿真值与实测值较为吻合;在磁浮列车作用下,简支梁及连续梁竖向加速度峰值均集中在20Hz以内,横向加速度峰值分布在20~80Hz,其中简支梁的振动加速度幅值整体大于连续梁。列车通过简支梁时,车体、悬浮侧架的振动频谱峰值分布与通过连续梁时一致,通过简支梁时的振动幅值更大;悬浮侧架竖、横向加速度远大于车体,空气弹簧具有良好的隔振效果。试验研究成果可为磁浮高架桥梁设计、相应规范或标准的制定提供借鉴。

中低速磁浮轨道-桥梁系统竖向振动传递特性研究

中低速磁浮交通作为一种新兴的交通方式,其轨道结构形式与传统轮轨交通的轨道有较大的区别。为了研究中低速磁浮交通线路中轨道-桥梁系统竖向振动特性,基于某中低速磁浮试验线,以20m预应力混凝土简支梁为研究对象,建立轨道-桥梁系统竖向振动传递有限元模型并进行振动传递特性分析,随后探讨了激励位置,扣件竖向刚度,轨枕间距对系统竖向振动传递特性的影响。研究表明:系统的位移导纳存在两个峰值,频率分别对应为系统的整体一阶竖弯和F轨的局部一阶竖弯;随着考察点与荷载激励点距离的增大,在F轨局部一阶竖弯频率之后,F轨的位移导纳幅值变化不显著;激励位于扣件处时,在100~200HzF轨的位移导纳振动幅值要大于激励位于非扣件处时;扣件刚度和轨枕间距均会影响轨道结构的局部刚度,从而影响F轨的局部一阶竖弯频率值和在此频率点处的F轨位移导纳幅值;F轨的局部变形较明显,建议在后续的时域磁浮车桥耦合振动模型中应考虑F轨的影响。

钢弹簧浮置板轨道对箱梁振动声辐射的影响研究

为探讨钢弹簧浮置板轨道对箱梁振动声辐射的影响,建立列车-轨道耦合振动频域模型,采用有限元法进行箱梁振动分析,并结合声学边界元法进行箱梁声辐射分析。以某城市轨道交通30m简支箱梁的现场试验数据为依据,对所建模型进行了验证;在此基础上,对比了分别采用普通板式轨道和钢弹簧浮置板时的箱梁振动和噪声,并探讨了钢弹簧浮置板参数的影响规律;结果表明:仿真分析与测试结果吻合良好,箱梁振动声辐射主要集中在频率50~125Hz;相比普通板式轨道,钢弹簧浮置板轨道可使得箱梁底板的总振级减小35.1dB、底板附近的总声级减小24dB;钢弹簧刚度是影响箱梁噪声的首要因素,其次是浮置板厚度,而浮置板长度和扣件刚度的影响很小;钢弹簧刚度每减小一倍,底板附近的总声级可降低5~6dB;浮置板厚度每增加0.1m,降噪量提高1~3dB。研究结果可为箱梁桥上钢弹簧浮置板的参数选取提供依据。

蜗壳断面形状及叶轮位置对蜗壳式轴流泵性能的影响

根据速度系数法设计了1种对称的马蹄形断面蜗壳和2种非对称的圆形断面蜗壳与相同的轴流泵叶轮组合,并基于标准k-ε模型封闭的雷诺平均方程,应用ANSYS CFX 14.5软件,对设计的3个蜗壳式轴流泵内部的三维流动开展数值模拟.当采用马蹄形蜗壳时,设计流量点的扬程和效率最低,蜗壳内部压力分布不如非对称的圆形断面蜗壳均匀.选择水力效率相对较高的蜗壳,将4种轴向位置不同的叶轮与该蜗壳组合,并进行三维流动数值模拟,结果表明:叶轮出口与蜗壳进口中间平面距离40 mm时,轴流泵效率最高,叶轮出口与蜗壳进口中间平面距离80mm时,轴流泵效率最低.此时,过流段和蜗壳内有明显回流和旋涡.轴流式叶轮与蜗壳的相对位置对蜗壳轴流泵的扬程-流量曲线和效率-流量曲线都有明显的影响.

不同桥跨对中低速磁浮列车-简支梁系统竖向耦合振动影响机理研究

为研究不同桥跨对中低速磁浮列车-简支梁系统竖向振动特性的影响,建立中低速磁浮列车-简支梁系统竖向耦合振动模型。以25 m、30 m、35 m三种典型跨径的混凝土简支梁为研究对象,对中低速磁浮列车-桥梁系统竖向振动特性进行分析。结果表明:建立的耦合振动数值模型可靠;随着简支梁跨径增加,桥梁竖向动挠度增加,而竖向加速度减小;车体和悬浮架的竖向动位移和加速度均随着简支梁跨径的增加而减小,悬浮架竖向加速度的优势频段集中在0~30 Hz和50~80 Hz,车体整体表现为低频振动(0~15 Hz);悬浮间隙和悬浮力的波动范围随着简支梁跨径增加而减小;不同跨径会改变桥梁竖向加速度的频谱分布特性;磁浮线路可根据需要,在满足静力安全服役的前提下,灵活选择简支梁跨径,最大程度节约工程造价。

桥梁型式对40 m简支梁磁浮车致动力响应的影响

为研究不同型式的40 m简支梁在中低速磁浮列车作用下的动力响应及影响机理,基于40 m简支梁梁轨一体方案和梁上梁方案两种型式,考虑PID主动悬浮控制,采用模态综合理论,建立精细的中低速磁浮列车—简支梁系统动力相互作用理论模型,并基于长沙磁浮试验进行可靠性验证。对两种型式的40 m简支梁在低速磁浮列车作用下的动力响应进行分析及对比,探讨不同桥梁型式对系统耦合振动的影响机理。结果表明:相比于梁上梁方案,梁轨一体方案的竖向动挠度更大、加速度更小,车体竖向位移更大、加速度相近,梁上梁方案更优;桥梁型式对主动悬浮控制系统的影响较微弱;梁上梁方案中简支梁存在丰富的高频局部振动模态,会增大桥梁变形和桥梁、车体的振动优势频率;桥梁型式的不同会通过波长效应、局部振动等影响磁浮列车—轨道—桥梁系统的耦合振动。