基于模态叠加法和直接刚度法的列车-轨道-桥梁耦合系统高效动力分析混合算法

作者：朱志辉^*; 张磊; 龚威; 罗思慧; 姚京川; 余志武

来源：工程力学, 2019, 36(04): 196-205.

DOI：10.6052/j.issn.1000-4750.2018.03.0125

• 桥梁工程
• 列车-轨道-桥梁耦合系统
• 动力响应
• 混合模型
• 直接刚度法
• 模态叠加法
• 计算效率

为提高列车-轨道-桥梁耦合系统(Train-Track-BridgeCoupledSystem,TTBS)动力分析的计算效率,该文基于作者之前提出的TTBS动力分析混合模型,结合模态叠加法和直接刚度法,提出了一种改进的混合方法(Improved Hybrid Method,IHM)。该方法中,列车动力方程通过多刚体动力学方法建立;轨道结构动力方程通过直接刚度法建立以准确求解其高频局部振动响应,桥梁结构动力方程通过模态叠加法建立以降低其自由度数目。列车和轨道结构通过轮轨线性Hertzian接触关系耦合为列车-轨道耦合时变子系统,轨道与桥梁间通过轨-桥相互作用力的平衡迭代实现耦合。首先以朔黄重载铁路32 m简支梁桥现场试验数据验证了该文方法的正确性。然后,以CRH2型高速动车组通过万宁系杆拱桥为例,探究了桥梁振型数量对动力响应指标计算精度的影响规律,最后,对比三种不同的列车-轨道-桥梁耦合系统动力分析方法的计算结果及耗时,结果表明:同样的计算精度下,该文方法具有更高的计算效率。

• 单位
  中南大学; 中国铁道科学研究院; 土木工程学院