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车-桥系统的耦合振动是一个十分重要的研究课题。随着快速交通系统的不断兴起,对其系统的动力学分析也提出了更高的要求。例如:车轮与轨道之间、轨道与弹性基础之间、以及基础与桥梁之间的非线性约束问题越来越引起人们的重视。建立合理的数学物理模型,研究非线性不对称约束对车一桥系统动力学响应的影响,有着重要的理论意义和工程应用价值。
本文的主要研究工作有:
1.分别考虑车辆和桥梁两个子系统,将车辆模拟为由弹性约束相联系的多体系统(移动弹性系统),桥梁为Euler-Beinoulli弹性梁,通过相互作用力组成车一桥耦合时变动力学系统。分别利用DAlembert原理和Lagrange方法建立车一桥系统的耦合振动微分方程,数值求解系统动力学响应,并分别讨论了移动力、移动质量和移动弹性系统等不同车辆模型以及速度、刚度、阻尼系数等参数对系统动力响应的影响。
2.考虑弹性支承的车-梁系统,将车辆简化为质量-弹簧-阻尼系统,梁则模拟为由多个非线性、不对称特性的弹性元件和阻尼器约束的梁,其中弹性元件的非线性刚度由分段线性模型近似;阻尼则为拉压不对称形式,建立系统的非线性动力学方程,数值计算系统的动力学响应。分别就梁端部铰支和自由的情况下,模拟了不同弹性支承数目、分段线性刚度和分段线性阻尼系数变化对系统动力响应的影响,获得了一些有意义的结论。
3.考虑车辆-轨道-桥梁间的动力相互作用,车辆仍被简化为质量-弹簧-阻尼系统,用Euler—Bernoulli双梁模型分别模拟轨道和桥梁结构,轨道和桥梁之间通过离散的非线性弹簧和阻尼器相联系,构成完整的车辆-轨道-桥梁非线性弹性约束系统,并以简支桥梁和无限长轨道为例,数值模拟和分析了系统的动力学特性。