3种车桥耦合振动分析模型的比较研究

第39卷 第2期 2004年4月西 南 交 通 大 学 学 报Vol.39 No.2 Apr.2004 文章编号:0258-2724(2004)02-0172-04

3种车桥耦合振动分析模型的比较研究

肖新标, 沈火明

(西南交通大学应用力学与工程系,四川成都610031)

摘 要:应用达朗贝尔原理和欧拉-贝努利梁假设,推导了简支梁在移动质量、四分之一车模型和二分之一车模

型3种不同车辆模型下的车桥耦合振动方程,比较了在不同速度下的桥梁动态响应.结果表明,3种车辆模型都

可以反映出在移动荷载作用下车桥耦合振动的总体规律,但考虑车体弹簧和阻尼的影响能更充分体现车桥耦合

效应.

关键词:振动;车桥耦合振动;Ruge-Kutta法

中图分类号:O327. 文献标识码:A

ComparisonofThreeModelsforVehicle-Bridge

CoupledVibrationAnalysis

XIAOXin-biao, SHENHuo-ming

(Dept.ofAppl.MechanicsandEng.,SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu610031,China)

Abstract:Threemodelsforvehicle-bridgecoupledvibrations,namelymovingmassmodel,two-degree-offreedomvehiclemodelandfour-degree-offreedomvehiclemodel,werederivedusingtheD Alembert sprincipleandthehypothesisofEuler-Bernullibeam.Thedynamicresponsesofbridgestothevehiclemovingatdifferentspeedswereanalyzedwiththemodels.Theresultsshowthatallthethreemodelscanreasonably

determinethebridgevibrationsundermovingloads.However,moreaccurateresultscanbeobtainedwiththelasttwomodelstakingthespringsanddampingpropertiesofvehiclesintoaccunt.

Keywords:vibration;couplingvibrationofvehicle-bridge;Ruge-Kuttamethod

早在100多年前,英国铁路桥梁在列车通过时发生强烈振动而破坏,提出了移动荷载作用下的车桥耦合振动问题.自此,移动荷载问题引起了各国学者的关注与广泛性研究[15].但是,由于同时考虑移动车辆和桥梁荷载两者质量的振动微分方程带有变系数,给方程的求解带来了很大的困难,以往的研究中采用过许多不同的车辆模型来对问题进行求解.

为了揭示不同车辆模型对研究车桥耦合问题的影响,本文中对采用3种不同车辆模型 移动质量、四分之一车模型和二分之一车模型的车桥耦合问题进行对比分析,编制了基于Ruge-Kutta法的MATLAB二次开发函数,对不同车模型下系统的运动微分方程进行了数值求解.先从反映整体规律方面考察各个模型的适用性,再比较各种模型的区别.

1 模型建立

1.1 移动质量模型

如图1所示简支梁,长度为l,单位长度质量为m,抗弯刚度为EI,由均质各向同性材料做成,采用贝努利-欧拉梁模型,不考虑剪切变形和转动惯量的影响.简支梁受到一个质量为m1且以一恒定速度v移

收稿日期:2002-06-20

作者简介:肖新标(1978-),男,硕士研究生.