车辆动力特性识别及其对桥梁振动的影响

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随着我国交通行业的迅速发展,公路桥梁的整体规模又创新高。服役期间来往车辆在桥面上的运行状况与桥梁本身的安全性能成为人们关注的焦点,而车辆与桥梁结构之间的相互影响作用也逐渐成为热点研究内容。车辆在桥面上行驶时,会引起桥梁结构的振动,而桥梁的振动反过来影响车辆的振动,两者之间的相互影响被称为车桥耦合振动。要分析车桥耦合振动,首先应获得车辆本身的动力特性。而车辆的动力特性,能在其自由振动中表现出来。因此,本文首先根据车辆的振动响应,识别了振动模态参数;然后,基于复模态分析理论,根据车辆的振动模态参数,采用遗传算法程序逆向估算车辆的物理参数;最后,根据识别获得的车辆物理参数,建立了车桥耦合振动模型,分析了车辆动力参数对桥梁振动的影响。本文完成的主要研究内容及结论包括以下几个方面。(1)基于采样定理、频响函数、快速傅里叶变换等振动信号处理方法,梳理出振动信号分析的实验流程,获得一种基于输出响应的模态分析方法。分别以小型家用汽车和大型载重汽车为例,对上述模态分析方法进行了试验验证。期间以跳车试验获取的加速度信号作为输入响应,识别得到了车辆的模态频率、阻尼比及振型参数。(2)根据有限单元法建立的实际车辆模型,采用遗传算法及其计算机程序,根据车辆的模态参数,识别车辆有限元模型中的物理参数。仍然以小型家用汽车和大型载重汽车为例,对上述参数识别方法进行了实例验证,以模态分析得到的自振频率、阻尼比、振型参数作为输入数据,通过基于遗传算法的程序反演,获得了车辆有限元模型中关键单元的刚度、阻尼、转动惯量等信息。识别结果与有限元模态分析结果进行对比,验证了用遗传算法识别车辆物理参数方法的可行性与准确性。(3)为了探求车辆参数对于桥梁振动的影响,分析不同车辆参数下的车桥耦合振动。车辆模型仍然采用前述小型家用汽车和大型载重汽车的有限元模型,以参数识别得到的车辆物理参数为基准值,研究行驶速度、车辆质量、悬架刚度、悬架阻尼等参数对桥梁结构振动的影响,并给出桥梁跨中截面挠度冲击系数等重要设计参数与车辆物理参数的关系,说明车辆动力特性对桥梁振动的影响,为后续研究提供参考与借鉴。
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