軌道交通環境振動基本問題研究

《軌道交通環境振動基本問題研究》是依託鄭州大學，由徐文濤擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：軌道交通環境振動基本問題研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：徐文濤
• 依託單位：鄭州大學

項目摘要

軌道交通系統運行對周邊環境造成不可忽視的危害，其振動機理複雜且具有明顯的隨機特性，對基本問題的研究具有較大難度但意義重大。本項目立足於客觀反映其複雜振動機理，研究隨機荷載作用下的多介質耦合關係，建立體現基本振動特性的軌道交通-環境振動統一理論計算模型；基於虛擬激勵方法，研究相容格式和適用形式，建立由演變功率譜及標準差表述系統時變隨機特性的高效數值分析方法；套用哈密頓對偶體系，實現基本問題動力學方程在狀態空間的保辛變換，建立振動波在多介質傳播中的兩端邊值問題線性哈密頓方程，從振動機理層面討論軌道交通引起環境振動危害的控制與最佳化方法。基於辛數學體系和虛擬激勵方法，實現軌道交通系統誘發環境振動的三維統一理論計算建模、高效分析、以及對其最佳化和控制技術的深入研究，即具有工程指導意義，也是對隨機振動理論的豐富。

結題摘要

車輛與線路的耦合振動動力學特性複雜，求解困難，其作為振動源給周邊環境結構造成的振動影響涉及噪聲、結構穩定性等多方面。問題動力學本質複雜，分析求解相當困難，且還未有成熟、通用的分析方法。本項研究立足於此，從振動隨機性本質入手研究這種複雜體系的動力學基本問題，通過建立合理的耦合統一模型，運用我國自主創新的計算力學高效分析方法進行動力學回響分析，並結合所建立的最佳化設計快速靈敏度方法對隨機回響進行相應的最佳化與控制。對車-線/橋-環境結構通過子結構理論建立統一的整體模型，以位移協調條件作為裝配條件，避免了在耦合振動中分部建模所引起能量耗散和人工邊界誤差；基於虛擬激勵方法對隨機激勵的本質進行描述，構造平穩/非平穩下基於隨機特性的複雜系統分析方法，引入辛對偶體系對無窮結構證明辛正交性，建立無限循環子結構來降低系統計算規模，實現精細積分下的快速時程分析，據此建立複合多系統耦合隨機動力學的高效、精確數值回響分析方法；在動力學分析的基礎上，構造系統運動方程的靈敏度動力方程，結合虛擬激勵方法和精細積分方法建立快速系統靈敏度分析算法，同時結合正交試驗理論，自適應識別振動影響因素的重要性指數，實現對關鍵振動因素的靈敏度分析和最佳化。運用這系列創新方法，項目研究了無砟軌道-列車-基礎、汽車-路面-受振建築、車輛-橋樑等複合問題的隨機振動基本問題，並以降振減振為目的實現了系統動力學回響最佳化，數值分析結果顯示了系統方法的可行性、快捷性和精確性，同時也探討了在交通荷載環境振動中振源體系對臨近結構的影響規律。該項研就有現實工程意義，其創新數值方法和技術思路也可引入其他類似動力學隨機振動系統。方法以數值分析實現性和計算高效性為特點，構造簡單易於掌握，且對此類複雜系統隨機動力學問題具有通用性，項目研究結果既具有工程指導意義，亦是對隨機振動理論的豐富。