10.19818/j.cnki.1671-1637.2021.02.010
基于ANSYS-MATLAB联合仿真的大跨铁路悬索桥行车分析
针对大跨铁路悬索桥结构复杂、几何非线性显著的特点开展行车动力分析,提出了一种ANSYS与MATLAB实时交互、联合仿真的列车-轨道-桥梁耦合振动分析方法;在ANSYS内建立悬索桥和轨道结构精细有限元模型,在MATLAB内基于多刚体动力学理论组装车辆质量、阻尼和刚度矩阵,并将轨道结构动力微分方程系数矩阵导至MATLAB中;分别建立悬索桥子系统、轨道-车辆子系统的动力微分方程,然后基于异步长策略,以大时间步长在ANSYS内考虑主缆几何刚度,并通过更新结构刚度矩阵来求解悬索桥子系统振动响应,以小时间步长在MATLAB内考虑轮轨空间接触关系,并通过施加轨道不平顺来求解轨道-车辆子系统动力响应,2种计算软件通过实时交换数据实现子系统之间的耦合求解;通过分析某单跨铁路简支梁桥的实测数据验证了该方法的正确性,并利用该联合仿真方法对主跨为660 m的某铁路悬索桥进行了行车动力计算.分析结果表明:随着车速的提高,桥梁动力响应增大,行车安全性与平稳性趋于恶化;在车速不大于180 km·h-1的工况下,该悬索桥能够满足行车安全性要求;在列车动力荷载作用下,不考虑悬索桥几何刚度会导致跨中竖向位移产生7.4％的计算误差;考虑几何刚度、不更新桥梁刚度矩阵导致的桥梁与列车响应计算误差均不超过1％,能够满足工程计算精度需求.可见,提出的联合仿真方法可用于大跨柔性铁路桥梁的行车动力分析.
桥梁工程、大跨铁路悬索桥、ANSYS-MATLAB联合仿真、列车-轨道-桥梁耦合振动、几何非线性、异步长
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U24(铁路桥涵工程)
国家自然科学基金52078498
2021-06-21（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）
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