基于并行算法和有限元法的车—线—桥耦合振动分析
【摘要】：近10年来,我国高速铁路得到了快速发展,随着列车运行速度的不断加快,以及桥梁在铁路总里程中所占的比重越来越大,车-线-桥耦合振动问题越来越受到人们的关注。由于车-线-桥耦合振动分析中复杂的轮轨关系,使得耦合系统瞬态动力分析的时间步长极小；同时系统建模越来越复杂和精细,大大增加了计算量。因此,有必要提高车-线-桥耦合振动系统的建模效率和仿真分析计算速度。本文针对上述问题并在前人研究的基础上,开展了以下的研究工作：
1.改进了车-线-桥空间耦合振动模型,编制了计算软件TRBF-DYNA
基于有限元法建立线路-桥梁模型运动方程,结合现有通用有限元软件导出线路-桥梁模型的质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵,提高了系统的建模效率和准确性；基于改进的空间迹线法求解轮轨接触空间几何关系,可计算轮轨多点接触状况；针对车-线-桥耦合振动问题提出一种并行计算的策略,使计算速度大大提高；自主开发了基于MATLAB的车-线-桥空间耦合振动分析软件TRBF-DYNA,该软件发挥了MATLAB处理大型矩阵运算的优势以及强大的后处理功能。
2. TRBF-DYNA软件计算结果的验证
与文献[2]中八车十跨高速铁路典型32m简支箱梁模型的车辆动力响应以及轨道-桥梁动力响应计算结果进行对比。结果表明TRBF-DYNA软件能够较好的反映车-线-桥耦合振动特性,能够满足工程应用要求。
3.利用TRBF-DYNA软件进行96m钢箱拱桥的车-线-桥耦合振动分析
以京沪高速铁路96m跨度钢箱拱桥为例,利用TRBF-DYNA软件进行车-线-桥耦合振动系统动力学响应分析；研究了96m钢箱拱桥车-线-桥耦合振动桥梁跨中局部振动规律,并采用等效荷载法研究了96m钢箱拱桥分别在典型地震作用下、不同类别地震作用下、不同地震强度作用下的车-线-桥耦合振动规律。
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