小半径曲线科隆蛋扣件区段钢轨波磨成因研究

结合现场测试发现的小半径曲线科隆蛋扣件区段内轨的钢轨波磨现象,基于轮轨摩擦自激振动理论研究了该波磨现象的成因。首先,结合现场调研建立了车辆-轨道系统的动力学模型,根据动力学模型建立了相应的转向架-轮对-钢轨系统有限元模型。然后采用复特征值分析研究了轮轨系统的摩擦自激振动特性。最后采用控制变量法研究了一系悬挂垂向刚度阻尼和科隆蛋扣件刚度阻尼对轮轨系统摩擦自激振动的影响规律。研究结果表明:导向轮对与钢轨间的饱和蠕滑力引起的轮轨系统的摩擦自激振动是诱导小半径曲线科隆蛋扣件区段钢轨波磨的主要成因。转向架-轮对-钢轨系统中一系悬挂的垂向刚度和阻尼对轮轨系统摩擦自激振动的影响较小,而科隆蛋扣件参数对轮轨系统摩擦自激振动的影响较为明显。随扣件垂向刚度的增加,轮轨系统的摩擦自激振动呈现先减小后增大的趋势。扣件垂向刚度为20 MN/m时轮轨系统摩擦自激振动发生的可能性最小,同时增大扣件的垂向阻尼可以一定程度抑制轮轨系统的摩擦自激振动。

一类具有运动边界的机械系统自激振动分析

在研究轧钢机轧制过程中因打滑等因素而产生的自激振动时，本文考虑了因连接轴转动而出现的运动边界问题，提出了一个新的力学模型，建立了具有运动边界问题的运动微分方程。

具有可动边界和间隙的机械系统自激振动分析和数值模拟

在研究某些机械自激振动时 ,本文以初轧机为例 ,考虑了连接轴可动性和间隙对初轧机自激振动的影响 ,提出了一个新的力学模型 ,从理论分析出发 ,建立了带有可动边界和间隙情况下的初轧机自激振动微分方程式 ,探讨了该系统振动特性 ,得到消除自激振动的条件。

溢流式水电站厂房结构动力特性研究

本文以蜀河水电站厂房为例探讨溢流式厂房结构的动力特性,建立蜀河水电站厂房结构大型有限元计算模型,对厂房各部位的自振特性进行全面的分析;根据泄洪表孔水力学试验测得的脉动水压力,进行水力激振作用下的厂房结构动力时程分析,研究厂房结构的动态响应。计算研究成果为厂房结构优化设计和改进抗振特性提供理论依据。

系统参数对自激振动系统动力学稳定性的影响

为了研究机床进给系统的黏滑运动特性,建立了基于Stribeck摩擦模型的具有代表性的质体-弹簧-传送带摩擦自激振动模型.利用李雅普诺夫稳定性判据对自激振动系统的平衡点进行了稳定性分析,获得了系统的临界失稳速度,又经过理论公式推导出了系统的临界黏滑速度.从数值仿真得到的相图和Poincare截面图可以看出,随着系统进给速度、阻尼和传动刚度的增大,动、静摩擦差值的减小,系统的黏滞运动持续时间变短,即系统的稳定性增强;低速状态下的自激振动分为黏滑和纯滑动两个阶段,且均为准周期运动;系统进给速度是影响系统稳定性的主要参数.

钻柱黏滑振动特性仿真与产生机理分析

针对钻探作业中产生的钻柱黏滑振动现象,研究了仿真环境下钻柱系统的黏滑振动特性与振动产生机理。基于振动理论,建立了井下钻进系统的双自由度弹性模型,提出了一种模拟钻头-岩石摩擦力矩的算法;构造了钻进系统结构图,模拟了钻柱黏滑振动的变化规律,并通过极限环分析钻柱黏滑振动的产生机理;绘制钻井参数与振动幅值和周期的关系曲线,讨论了钻井参数对钻柱黏滑振动的影响。仿真结果表明,钻柱黏滑振动主要表现为钻头周期性地黏滞和滑动,属于一种由非线性摩擦力引起的自激振动;钻井参数的改变影响钻柱黏滑振动的剧烈程度。

消除初轧机系统自激振动的理论分析

在研究初轧机因打滑等因素产生自激振动时，本文考虑了连接轴转动的影响；从而提出一个新的力学模型，建立了具有运动边界问题的微分方程，得到消除自激振动的条件．

山地城市地铁线路曲线段异常波磨现象的产生机理及抑制方法

针对山地城市地铁线路钢轨波磨通常发生在长大坡道大半径曲线外轨处的异常波磨现象,根据现场调研建立了波磨高发区段的车辆-轨道系统动力学模型,研究了As地铁车辆通过波磨高发区段时导向轮对-钢轨系统的动态特性。基于轮轨摩擦自激振动观点建立了相应区间弹性长轨枕支承轮轨系统的有限元模型,采用复特征值分析研究了波磨高发区段轮轨系统的摩擦自激振动特性。综合动力学分析和摩擦自激振动分析,研究了轮轨蠕滑特性、轮轨摩擦自激振动与波磨病害的关联性,从而揭示此类异常波磨病害的产生机理。进一步地,分别研究了车辆动力学参数和轨道支承结构参数对该区段轮轨摩擦自激振动的影响,并提出抑制波磨的相关方法。分析结果表明,在山地城市地铁线路波磨高发区段的缓和曲线到圆曲线处导向轮对外轮与外轨间的蠕滑力趋于饱和,轮轨间饱和蠕滑力易于诱导轮轨摩擦自激振动的产生,从而可能导致曲线外轨处产生波长为50~60 mm的异常波磨。在抑制方法的研究中发现车辆动力学参数的改变对轮轨摩擦自激振动特性的影响不大。同时,在一定范围内减小扣件垂向刚度和垂向阻尼有助于抑制该区段轮轨摩擦自激振动的发生,当扣件的垂向刚度为5 MN/m,垂向阻尼为10000 N·s/m时,轮轨系统摩擦自激振动发生的可能性最小。以上均为山地城市异常波磨病害的抑制提供参考。

地铁线路先锋扣件结构参数对轮轨摩擦自激振动的影响

基于轮轨摩擦自激振动诱发钢轨波磨的观点,研究地铁线路先锋扣件支撑小半径曲线轨道扣件结构参数对轮轨摩擦自激振动的影响。根据现场调研建立车辆-轨道的多体动力学模型,验证列车通过地铁线路先锋扣件支撑小半径曲线轨道时轮轨间的蠕滑力饱和情况;基于动力学模型建立相应的导向轮对-钢轨有限元模型,利用复特征值法分析轮轨系统的摩擦自激振动特性。预测得到的轮轨系统不稳定振动频率与诱导钢轨波磨的振动频率相符,验证了建立的导向轮对-钢轨有限元模型的正确性。利用控制变量法研究扣件结构参数对轮轨系统摩擦自激振动的影响规律,发现轮轨摩擦自激振动发生的可能性随着扣件垂向刚度的增大而轻微增加,随着垂向阻尼的增大而明显降低;随着扣件横向刚度和横向阻尼的增大,轮轨摩擦自激振动发生的可能性降低。因此,增大先锋扣件垂向阻尼、横向刚度和横向阻尼,有助于抑制地铁线路先锋扣件支撑曲线轨道的波磨。

钢轨吸振器对轮轨摩擦自激振动的抑制效果

基于摩擦自激振动理论和现场调研,建立了DTVI2和科隆蛋扣件结构支撑下的小半径曲线区段轮对-钢轨-吸振器系统有限元模型,采用复特征值分析和瞬时动态分析研究了2种扣件区段钢轨吸振器对钢轨波磨的抑制效果;通过最小二乘法和粒子群算法研究了钢轨吸振器的不同参数对钢轨波磨的影响规律,确定2种扣件下钢轨吸振器的最优参数组合。研究结果表明:安装钢轨吸振器前后,轮对-钢轨-吸振器系统发生摩擦自激振动的主要频率为480 Hz;DTVI2扣件的最大垂向振动加速度由270.01 m·s^(-2)下降到206.07 m·s^(-2),降低了23.71%,功率谱密度(PSD)峰值由98.98 dB下降到94.92 dB;科隆蛋扣件的最大垂向振动加速度由300.97 m·s^(-2)下降到211.44 m·s^(-2),降低了29.74%,PSD峰值由101.58 dB下降到95.14 dB;在DTVI2扣件区段中,钢轨吸振器质量为14.0 kg,连接刚度为9.0×10^(6) N·m^(-1),连接阻尼为1.0×10^(5) N·s·m^(-1)时对钢轨波磨的抑制效果最好;在科隆蛋扣件区段中,钢轨吸振器质量为7.5 kg,连接刚度为1.07×10^(7) N·m^(-1),连接阻尼为1.0×10^(5) N·s·m^(-1)时钢轨波磨的抑制效果最好。可见,安装钢轨吸振器能够有效抑制轮轨系统的摩擦自激振动,从而抑制钢轨波磨的产生和发展;钢轨吸振器对科隆蛋扣件区段钢轨波磨的抑制效果优于DTVI2扣件区段;合理选取钢轨吸振器的连接参数会进一步抑制钢轨波磨的产生和发展。

行人-结构竖向动力耦合效应试验研究

对于轻质大跨度钢桥结构,行人-结构之间的相互作用会使结构动力特性和行人荷载特性发生改变。为此,针对行人-结构竖向动力耦合效应对结构动力参数和行人荷载动载因子的影响进行试验研究。通过测试行人在8种不同步行频率下行走时结构的动力响应,得到60人次554组有效加速度响应时程,进行运行模态分析;利用无线六轴蓝牙加速度传感器,分别在刚性地面和柔性桥面上开展了3种不同步行频率下行走激励的动力特性试验,得到了60人次1 200条有效加速度时程,并对其进行傅里叶变换。结果表明:考虑行人-结构竖向动力耦合效应,人行桥自振频率略有减小,阻尼比显著增加,且随着同步行走人数的增加,结构频率及阻尼比变化率逐渐减小。由于桥梁自振力的存在,行人荷载作用于刚性地面上的动载因子(dynamic load factor,DLF)大于柔性地面上的,试验结果表明,相较于刚性地面,行人在柔性桥面上行走时的第一阶动载因子减小14.7%。给出了刚性地面和柔性桥面前四阶行人荷载动载因子拟合公式,其可为柔性结构下考虑行人-结构相互作用的生物力模型的建立提供参考。