文档名：考虑时变特性的车桥耦合系统非平稳振动频域方法研究
摘要：当列车行驶经过桥梁时,由于车辆在桥上的位置随时间不断变化,车-桥耦合系统具有时变特性,即使假设轨道不平顺为平稳激励,车辆和桥梁的振动仍然是一种非平稳的随机过程.本研究旨在提出一种非平稳频域分析方法,以高效分析受轨道不平顺激励的车-桥耦合系统的非平稳随机振动问题.首先推导了单节列车通过单跨简支桥的耦合系统时变频响传递函数(FRF),据此描述线性时变系统的动力特性.该函数满足一组变系数微分方程,可采用摄动法求解该函数,从而提高计算效率.随后,结合PRIESTLEY的演化谱理论,推导非平稳随机响应的演化功率谱密度函数(EPSD).基于非平稳频域分析方法,计算响应时变均值和方差,结合3σ准则来估计非平稳响应的极值.研究结果表明,由于轨道不平顺的影响,车辆振动表现出平稳随机过程的特性,但其方差较大,表现出更大的离散性;而桥梁的振动则呈现出明显的非平稳特性,但方差较小,响应具有较小的随机性.极值分析表明,轨道不平顺激励对车辆振动具有显著影响,其均方根对极值响应起主导作用.而轨道不平顺激励对桥梁振动的影响较小,桥梁振动则主要受移动质量影响,其响应的极值主要受均值的影响.此外,相较于系统位移响应,车速对加速度响应的影响更为显著,例如车身加速度响应最大值随车速的增加可增大至3倍左右.
Abstract：Vibrationsofamovingvehicleandthecoupledbridgearenon-stationarystochasticprocessesduetothetime-dependentcharacteristicofthecoupledvehicle-bridgesystem.Thestudyaimedtopresentafrequencydomainmethodtocalculatethenon-stationaryvibrationsofthecoupledvehicle-bridgesystemexcitedbytrackirregularities.Asanexampleofapplicationofthemethod,asimplysupportedEulerbeamtraversedbyasinglerailwayvehiclewasconsideredtorepresentthecoupledsystem.Thetime-dependentfrequencyresponsefunction(FRF)wasfirstderivedtocharacterisethelineartime-varyingsystem.Theperturbationmethodwasadoptedtoimprovethecalculationefficiency.WiththehelpofPriestley'sEvolutionarySpectratheory,theevolutionarypowerspectraldensity(PSD)ofthesystemresponsewasthenderived.Basedontheproposedmethod,thetime-varyingstandarddeviationandmeanoftheresponsewereconvenientlyobtained,andthusthe3σrulecanbeadoptedtoestimatetheextremevaluesofthenon-stationaryresponse.Itprovesthatthevehicleresponsecanapproximatelyberegardedasstationarybutwithlargevariancearisingfromtherandomtrackirregularities.Incontrast,thebridgevibrationfollowsastronglynon-stationaryprocesswithsmallrandomness.Moreover,itisfoundthetrainspeedhasasignificanteffectonthenon-stationaryaccelerationofcoupledsystem.
作者：雷思勉 葛耀君 李奇 Author：LEISimian GEYaojun LIQi
作者单位：同济大学土木工程学院,上海200092;博洛尼亚大学土木工程学院,意大利博洛尼亚40121同济大学土木工程学院,上海200092
刊名：铁道科学与工程学报 ISTICPKU
Journal：JournalofRailwayScienceandEngineering
年，卷(期)：2024, 21(5)
分类号：TU29
关键词：车桥耦合 轨道不平顺 频域分析方法 非平稳随机振动 摄动法 演化谱
Keywords：vehicle-bridgesystem trackirregularity frequencydomainmethod non-stationarystochasticvibrations perturbationmethod evolutionarypowerspectraldensity
机标分类号：TH16U213.2O32
在线出版日期：2024年7月8日
基金项目：西藏自治区自然科学基金重点项目，国家自然科学基金，国家自然科学基金考虑时变特性的车-桥耦合系统非平稳振动频域方法研究[
期刊论文] 铁道科学与工程学报--2024, 21(5)雷思勉 葛耀君 李奇当列车行驶经过桥梁时,由于车辆在桥上的位置随时间不断变化,车-桥耦合系统具有时变特性,即使假设轨道不平顺为平稳激励,车辆和桥梁的振动仍然是一种非平稳的随机过程.本研究旨在提出一种非平稳频域分析方法,以高效分析...参考文献和引证文献
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