基于非惯性参考系下的车桥耦合振动分析

作     者：全俊 

作者单位：长沙理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈得良

授予年度：2018年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：非惯性参考系 车桥耦合振动 地震激励 动力响应 脱离运动 动力刚化 

摘      要：随着公路、铁路运营里程的迅速增加和车辆运行速度的大幅提升,车辆与结构的动力相互作用问题得到了广泛关注。一方面,运行车辆对结构的动力冲击作用引起桥梁强迫振动,对结构的工作状态和使用寿命产生直接影响,另一方面,结构的振动又反过来影响运行车辆的安全性和平稳性。特别是在地震多发区或跨海峡路段,车-桥耦合动力系统还有可能受到地震或强风等外部偶然强激励荷载的影响,此时的车-桥耦合动力系统在外部激励作用下将进行多维的空间运动,即包括三个平动和三个转动分量。为解决在传统惯性参考系下分析此问题的不足,本文基于非惯性参考视角,建立了非惯性参考系下三维空间梁的车-桥耦合动力相互作用模型,利用哈密顿变分原理及车辆动力平衡关系,得到车桥稱合系统的非线性运动控制微分方程组,研究了外部强激励作用下直梁和曲梁的车-桥耦合振动响应特征。首先,文章介绍了车桥耦合振动问题在当今社会建设发展中重要的研究意义和研究价值,简述了国内外学者对车桥耦合振动问题的研究成果,并针对传统研究方法在分析发生空间运动的车-桥耦合系统时存在的不足提出了新的研究观点。其次,在现有研究理论基础上,基于非惯性参考视角,建立了非惯性参考系下的三维空间梁的车桥耦合动力学模型,采用哈密顿变分原理和车辆动力平衡关系,结合车辆与桥面运动过程中的接触状态关系,得到了非惯性参考系下车桥耦合动力系统的一般运动控制方程。通过算例分析,对由外部强激励引起桥梁结构发生相对转动、车辆与桥面发生瞬时脱离运动以及空间曲线桥梁的车桥稱合动力响应特征进行了研究,并探讨了不同的车辆与桥梁参数对系统振动响应的影响。在文章最后,对本文的研究进行了总结,并对非惯性参考系下的车桥耦合振动问题的研究方向提出了展望。