考虑激励随机的高速磁浮桥梁竖向刚度限值研究

作     者：刘科宏 

作者单位：西南交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：向活跃

授予年度：2023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：高速磁浮桥梁 激励随机 车桥耦合 竖向刚度限值 

摘      要：高速磁浮交通是未来重点发展方向之一。由于磁浮系统具有独特的运行方式与自我调节的电磁控制系统，磁浮列车-桥梁系统是一个高度耦合的非线性体系，加之常导磁浮列车对外界激励的影响较为敏感，激励随机性的影响明显。为了解磁浮列车-桥梁系统的随机振动特性对桥梁刚度限值的影响，将三维高速磁浮列车-桥梁耦合振动模型作为计算基础，以直接概率积分方法为随机分析手段，进行磁浮桥梁刚度限值研究。具体内容如下： （1）介绍了磁浮列车-桥梁耦合振动分析模型，根据磁浮列车电磁控制系统的特性，提出了以输出的悬浮间隙极值为控制指标，以粒子群智能算法优化的磁浮列车控制器系统参数，并将其扩展到适用于进行多个不同轨道不平顺的参数选取，为进行需要大量样本计算的随机振动分析提供计算基础。 （2）介绍了基于概率守恒原理的随机分析方法-直接概率积分方法(DPIM)，指出影响其精度的关键因素——代表点集的质量与对非代表点集概率贡献的模拟方式。对比了几种代表点集选取方法(RAM法，IS-RAM法，基于分层抽样原理的选点方法)的适用条件。提出了适用于高维样本空间的选点方法——分层抽样 IS-RAM法，并对其性能进行验证。然后，讨论了核估计方法与 DPIM方法的联系，并引入变窗宽思想对DPIM方法进行优化。结果表明，IS-RAM法受到初始代表点集与填充点集数目的限制，不适用于高维随机问题;基于分层抽样原理的选点方法能有效探索高维样本空间，但其得到的点集的整体性有所降低，结合两者之长的分层抽样 IS-RAM 法在高维随机问题中得到的结果拥有更高的精度;高斯核估计方法是DPIM的特殊形式，结合变窗宽思想的 DPIM法能缓解代表点集在小概率事件处的数值耗散现象。 （3）确定了磁浮列车舒适性与安全性指标和磁浮桥梁的车辆响应超越概率水平。运用多项式响应面对超越概率曲线进行尾部拟合，提高了优化的DPIM法在可靠性分析中对于小概率事件概率水平预测能力，据此通过得到小概率条件下磁浮桥梁刚度限值。结果表明，考虑激励随机影响后，磁浮桥梁刚度限值相较于相关规范规定的限值更为严苛。磁浮车辆响应受轨道不平顺随机性影响较大，原因是磁浮车辆控制指标悬浮间隙最大偏差对轨面不平顺激励过于敏感。