【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及橋梁安全，具體而言，涉及一種考慮塔區(qū)風荷載突變的風-車-橋梁-渦激振動分析方法。
技術介紹
1、本部分的內(nèi)容僅提供了與本專利技術相關的背景信息，其可能并不構成現(xiàn)有技術。
2、隨著橋梁跨度的一次次突破，主梁結構形式越發(fā)復雜且逐漸向著低阻尼方向發(fā)展，這種結構對風作用比較敏感，容易誘發(fā)渦振。對于諸如鐵路橋梁來說，由渦振引起的橋梁周期性振動不僅會引起結構疲勞，還會影響列車在橋上運行時的平穩(wěn)性，豎向渦振引起的橋面變形會嚴重惡化列車運行的動力性能，降低列車乘坐舒適性，嚴重情況下甚至會危及列車的行車安全。因此，有必要在橋梁的設計階段對列車在橋梁上運行時的安全性和舒適性進行評估。
3、現(xiàn)階段，常采用在風-車-橋耦合系統(tǒng)中加入外部激勵（例如作用在列車和橋梁上的靜風力、抖振力等）的方式，來求解獲取列車和橋梁的動力響應評價指標的數(shù)值，并據(jù)此來評估列車在橋梁上行駛時的安全性以及舒適性。例如，申請?zhí)枮椤癱n202410907916.9”，名稱為“一種考慮橋梁渦振的風車橋耦合計算方法”的專利文獻就公開了采用上述所述的方式來評估列車安全性以及舒適性的方法。
技術實現(xiàn)思路
1、本專利技術的專利技術人發(fā)現(xiàn)，在強風環(huán)境下，當列車穿越橋梁的橋塔區(qū)域時，受塔區(qū)風載荷突變效應的影響，列車的氣動力和動力響應都會發(fā)生急劇變化，列車被吹翻的風險增高。然而，在諸如上述所列舉的專利文獻所公開的評估列車安全性以及舒適性的方法中，并未考慮塔區(qū)風載荷突變效應對列車氣動力和動力響應的影響，以至于無法準確
2、有鑒于此，本專利技術的目的在于提供一種考慮塔區(qū)風荷載突變的風-車-橋梁-渦激振動分析方法，以期望更加準確的評估列車在橋梁上運行，尤其是在穿越橋塔區(qū)域時的安全性以及舒適性。
3、本專利技術的目的通過以下技術方案實現(xiàn)：
4、本專利技術公開了一種考慮塔區(qū)風荷載突變的風-車-橋梁-渦激振動分析方法，包括如下步驟：
5、步驟s1.?建立用于計算流體動力學數(shù)值模擬的車-橋梁數(shù)值模型；
6、步驟s2.?對步驟s1所建立的車-橋梁數(shù)值模型進行計算，以計算得到列車過橋全程中，作用在列車和橋梁上且考慮了塔區(qū)風載荷突變效應的靜風載荷；
7、步驟s3.?建立車-橋梁動力學模型；將步驟s2中計算得到的靜風載荷作為外部激勵之一，并加入至車-橋梁動力學模型中，以形成風-車-橋梁-渦激振動耦合系統(tǒng)。
8、進一步的，在步驟s1中，建立車-橋梁數(shù)值模型的過程包括：
9、步驟s11.?根據(jù)橋梁和列車的結構參數(shù)建立車-橋梁三維幾何模型；
10、步驟s12.?對步驟s11中建立的車-橋梁三維幾何模型進行網(wǎng)格劃分，并采用重疊網(wǎng)格來模擬列車的移動；
11、步驟s13.?將步驟s12中進行了網(wǎng)格劃分的車-橋梁三維幾何模型導入計算流體動力學軟件中，定義初始變量與邊界條件，通過求解n-s方程和湍流方程來進行迭代計算，以得到車-橋梁數(shù)值模型；
12、在直角坐標系下，n-s方程為：
13、
14、上式中：為流體密度； x、 y、 z分別代表直角坐標系中的坐標軸； u1、 u2、 u3分別為流體的速度在直角坐標系中 x、 y、 z軸下的三個分量； t為時間；為流體靜壓；為流體動力粘性系數(shù)；
15、湍流方程為：
16、
17、上述兩式中：為流體密度；為湍流動能系數(shù)；為關于湍流動能系數(shù)的經(jīng)驗公式；為單位質(zhì)量流體湍流動能的耗散率；為速度分量； t為時間；、為坐標軸分量；、分別代表湍流動能系數(shù)與單位質(zhì)量流體湍流動能的耗散率的有效擴散項；、為常數(shù)。
18、進一步的，步驟s2具體包括：
19、步驟s21.?對車-橋梁數(shù)值模型進行計算，以計算得到列車過橋全程中，考慮了塔區(qū)風載荷突變效應的三分力系數(shù)時程；
20、步驟s22.?根據(jù)步驟s21計算得到的三分力系數(shù)時程，計算得到列車過橋全程中，作用在列車和橋梁上且考慮了塔區(qū)風載荷突變效應的靜風載荷。
21、進一步的，所述步驟s3還包括：將橋梁發(fā)生渦激振動產(chǎn)生的位移作為外部激勵之一，并加入至車-橋梁動力學模型中橋梁主梁的節(jié)點上。
22、進一步的，在步驟s3中，車-橋梁動力學模型的建立過程包括：
23、步驟s31.?建立橋梁有限元模型，并組集橋梁的質(zhì)量矩陣、剛度矩陣和阻尼矩陣；
24、步驟s32.?根據(jù)橋梁有限元模型計算得到橋梁的自振頻率和對應振型；
25、步驟s33.?對橋梁有限元模型進行子結構分析，以最終生成包含相關信息的橋梁有限元模型的柔性體輸入文件；
26、步驟s34.?建立列車動力學模型；
27、步驟s35.?將來自于橋梁有限元模型的柔性體輸入文件以及列車動力學模型導入至多體動力學軟件中，以形成車-橋梁動力學模型。
28、進一步的，在步驟s33中，所述相關信息包括質(zhì)量矩陣、剛度矩陣、自振頻率和對應振型、幾何特征。
29、進一步的，在步驟s3中，所述外部激勵還包括作用在橋梁上的抖振力、軌道不平順。
30、進一步的，所述考慮塔區(qū)風荷載突變的風-車-橋梁-渦激振動分析方法還包括：
31、步驟s4.?對風-車-橋梁-渦激振動耦合系統(tǒng)中列車和橋梁的動力響應進行計算，以基于列車和橋梁的動力響應計算得到列車的安全性和舒適性評價指標。
32、本專利技術實施例的技術方案至少具有如下優(yōu)點和有益效果：
33、1、本專利技術所公開的方法，通過將考慮了塔區(qū)風載荷突變效應的靜風載荷和渦激振動作為外部激勵，以形成風-車-橋梁-渦激振動耦合系統(tǒng)，相較于已知的評估渦激振動狀態(tài)下，列車在橋梁上行駛時的安全性以及舒適性的方法而言，本專利技術能夠更加準確的評估列車在橋梁上運行的動力響應，尤其是在穿越塔區(qū)時的安全性以及舒適性。
34、2、本專利技術通過將渦激振動以位移的形式直接加在橋梁上，充分考慮了渦激振動狀態(tài)下列車和橋梁之間的耦合，能夠更加細致的評估渦激振動對車橋系統(tǒng)動力響應的影響。
本文檔來自技高網(wǎng)...【技術保護點】
1.一種考慮塔區(qū)風荷載突變的風-車-橋梁-渦激振動分析方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據(jù)權利要求1所述的考慮塔區(qū)風荷載突變的風-車-橋梁-渦激振動分析方法，其特征在于，在步驟S1中，建立車-橋梁數(shù)值模型的過程包括：
3.根據(jù)權利要求1所述的考慮塔區(qū)風荷載突變的風-車-橋梁-渦激振動分析方法，其特征在于，步驟S2具體包括：
4.根據(jù)權利要求1所述的考慮塔區(qū)風荷載突變的風-車-橋梁-渦激振動分析方法，其特征在于，所述步驟S3還包括：將橋梁發(fā)生渦激振動產(chǎn)生的位移作為外部激勵之一，并加入至車-橋梁動力學模型中橋梁主梁的節(jié)點上。
5.根據(jù)權利要求1所述的考慮塔區(qū)風荷載突變的風-車-橋梁-渦激振動分析方法，其特征在于，在步驟S3中，車-橋梁動力學模型的建立過程包括：
6.根據(jù)權利要求5所述的考慮塔區(qū)風荷載突變的風-車-橋梁-渦激振動分析方法，其特征在于，在步驟S33中，所述相關信息包括質(zhì)量矩陣、剛度矩陣、自振頻率和對應振型、幾何特征。
7.根據(jù)權利要求1所述的考慮塔區(qū)風荷載突變的風-車-橋梁-渦激振動分析方法，其
8.根據(jù)權利要求1所述的考慮塔區(qū)風荷載突變的風-車-橋梁-渦激振動分析方法，其特征在于，還包括：
...【技術特征摘要】
1.一種考慮塔區(qū)風荷載突變的風-車-橋梁-渦激振動分析方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據(jù)權利要求1所述的考慮塔區(qū)風荷載突變的風-車-橋梁-渦激振動分析方法，其特征在于，在步驟s1中，建立車-橋梁數(shù)值模型的過程包括：
3.根據(jù)權利要求1所述的考慮塔區(qū)風荷載突變的風-車-橋梁-渦激振動分析方法，其特征在于，步驟s2具體包括：
4.根據(jù)權利要求1所述的考慮塔區(qū)風荷載突變的風-車-橋梁-渦激振動分析方法，其特征在于，所述步驟s3還包括：將橋梁發(fā)生渦激振動產(chǎn)生的位移作為外部激勵之一，并加入至車-橋梁動力學模型中橋梁主梁的節(jié)點上。
5.根據(jù)...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：馬存明，陳天瑀，孫召伍，童加柱，焦峰，張慶寧，萬廷聰，馮亞成，時小梅，公衍釗，劉亮亮，李軍成，孫文杰，張?zhí)t，
申請(專利權)人：西南交通大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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