损伤基拟周期支承梁结构的确定与不确定性动力学特性

论文摘要

轨道梁与周期支承多跨桥梁是工程中常见的周期支承梁结构,由于制造、退化与损伤等过程的不确定因素在所难免,使得实际支承无法确保严格的周期性,即具有拟周期性与不确定性,导致其动力学特性发生改变。目前研究主要集中在拟周期结构的振动局部化,而利用拟周期结构动力学特性进行损伤识别的研究相对较少。本文通过理论与数值模拟的方法研究拟周期支承轨道结构与拟周期支承多跨桥梁的动力学特性,为进一步通过拟周期支承梁结构动力学特性识别支承异常提供理论基础。全文的主要研究工作如下:1、研究了周期支承轨道梁在支承出现损伤偏移等拟周期工况下的频响特性。建立了长枕埋入式轨道和考虑轨枕质量耦合轨道模型,推导出两种轨道模型分别采用欧拉-伯努利梁与铁木辛柯梁模型时的振动偏微分方程,得到相应的频响微分方程,运用Galerkin方法将其转化为复系数线性方程组求解,适用于拟周期与周期情形,结果与有限元进行对比,验证了理论方法的有效性。计算了轨道梁在单个支承损伤、支承位置偏移及支承出现不确定损伤与偏移工况下的频响与频响比特性,发现支承的随机不确定性或拟周期性以一定模式反映在轨道梁的频响特性中,支承拟周期会导致轨道梁出现局部共振,进而导致频响比出现波动。2、研究了拟周期支承轨道不平顺条件下车轨耦合系统动力学响应特性。建立了单轴车辆系统车轨耦合模型,推导了两种轮轨接触模型车轨耦合系统振动偏微分方程,运用Galerkin方法转化为常微分方程组,通过Newmark-β方法求解了轨道梁在支承拟周期、支承刚度阻尼单向损失及轨道不平顺条件下车辆系统的响应,发现车轮位移可以很好的反映轨道梁刚度变化。并提出了一种周期不平顺激励下车轨耦合系统频域分析方法,利用该方法求解了不同不平顺波幅、波长和车速下轮轨接触力波动幅值,对比轮轨接触力波动幅值与车辆系统自重可以判断轮轨接触状态。3、研究了弱耦合拟周期支承桥梁模态局部化现象。首先利用模态叠加法推导了 3跨周期支承梁固有频率与模态的解析表达式,并求解出3跨周期支承梁弱精合支承刚度临界值,发现弱耦合状态下支承损伤会导致频率转向与模态局部化现象。以一个7跨周期支承高架桥为例,计算了其支承损伤工况下的模态与固有频率变化,发现支承损伤达到临界值会导致模态出现局部化与频率曲线转向,模态局部化位置在损伤支承附近。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景与意义
•   1.2 周期支承轨道梁动力学特性研究现状
•   1.3 车轨耦合动力学研究现状
•   1.4 周期结构模态局部化研究现状
•   1.5 本文研究方法及内容
• 第2章 拟周期支承轨道梁频响特性
•   2.1 引言
•   2.2 长枕埋入式轨道梁频响特性
•     2.2.1 欧拉-伯努利梁模型
•     2.2.2 铁木辛柯梁模型
•     2.2.3 支承刚度阻尼损失时轨道梁频响特性
•     2.2.4 支承位置偏移时轨道梁频响特性
•   2.3 考虑轨枕质量耦合轨道梁频响特性
•     2.3.1 欧拉伯努利梁模型
•     2.3.2 铁木辛柯梁模型
•     2.3.3 支承刚度阻尼损失时轨道梁频响特性
•     2.3.4 支承位置偏移时轨道梁频响特性
•   2.4 激励力位置不确定轨道梁频响特性
•   2.5 本章小结
• 第3章 拟周期支承轨道不平顺条件下车轨耦合响应
•   3.1 引言
•   3.2 车轨耦合系统动力学模型
•   3.3 拟周期支承轨道梁车轨耦合系统响应
•     3.3.1 支承刚度阻尼损失时车轨耦合系统响应
•     3.3.2 支承刚度阻尼单向损失时车轨耦合系统响应
•     3.3.3 支承位置偏移时车轨耦合系统响应
•   3.4 不平顺拟周期轨道梁车轨耦合系统响应
•     3.4.1 不平顺拟周期支承轨道梁车轨耦合系统时域响应
•     3.4.2 不平顺激励下车轨耦合系统频域分析
•   3.5 本章小结
• 第4章 弱耦合拟周期支承桥梁模态局部化研究
•   4.1 引言
•   4.2 弱耦合周期支承梁模态局部化
•     4.2.1 周期支承梁弱耦合支承刚度临界值
•     4.2.2 拟周期支承梁模态局部化
•   4.3 周期支承桥梁支承损伤导致模态局部化
•     4.3.1 拟周期支承桥梁模态分析
•     4.3.2 支承刚度损失系数对模态的影响
•   4.4 本章小结
• 第5章 总结与展望
•   5.1 总结
•   5.2 展望
• 参考文献
• 作者简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 康雷

导师: 应祖光

关键词: 拟周期梁,损伤,频响特性,车轨耦合,弱耦合,模态局部化

来源: 浙江大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 数学,公路与水路运输

单位: 浙江大学

分类号: O175;U441

DOI: 10.27461/d.cnki.gzjdx.2019.000909

总页数: 110

文件大小: 9392K

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