《鐵路大系統隨機動力分析理論與數值方法研究》是依託大連理工大學,由張有為擔任醒目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：鐵路大系統隨機動力分析理論與數值方法研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張有為
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著現代化高速鐵路運營速度的不斷提高，鐵路車輛與弓網、軌道、橋樑、地基等結構的動力相互作用嚴重加劇,引發了一系列的問題。如何掌握網—弓—車—軌—橋—路基鐵路大系統的動力學行為和規律也就隨之成為了新的研究熱點。本項目擬在隨機振動理論框架下研究有效的鐵路大系統隨機動力回響行為預測理論與數值方法。其特色之處在於綜合運用和發展了近年來由申請人及其所屬研究團隊所發展的虛擬激勵法、辛數學方法等一系列計算力學研究成果，從而實現：(1)建立可以考慮各構件彈性的鐵路大系統精細有限元模型；(2)對鐵路大系統隨機動力回響功率譜、尤其是應力譜進行求解；(3)建立鐵路大系統隨機振動的子系統分析方法及規範合理的數值仿真分析流程。
結題摘要
本項目以高速列車與弓網、軌道、高架橋等結構耦合動力學系統為研究對象，針對現存的系統自由度過於龐大和隨機動力分析方法低效等問題，開展了鐵路大系統隨機動力行為預測理論與數值仿真方法的研究，包括：1. 基於辛數學理論和傅立葉變換原理，提出了一種用於任意載荷作用下無窮周期結構回響分析的通用頻域方法，降低了結構的計算自由度。2. 基於Schur分解理論提出了非經典阻尼系統的穩態隨機回響分析方法和非平穩隨機回響的精細積分方法。該方法在狀態空間下通過將多頻點對應的滿陣求逆過程轉化為上三角陣的求逆過程，有效降低了虛擬激勵法對多個頻點分別求解動力學方程時的運算量。3. 實現了車輛在軌道上變速行駛時車輛—軌道耦合系統的隨機動力回響分析，將空間域內平穩隨機軌道不平順轉化為了時間域內平穩／均勻調製的非平穩軌道不平順。4. 建立了包括接觸網、受電弓、車輛、軌道和橋樑的鐵路大系統的低自由度直接耦合模型，基於上述理論和方法初步實現了鐵路大系統的隨機振動數值仿真分析。5. 建立了鐵路大系統各構件的精細有限元動力學模型，推導了Mises應力譜的精確表達式，實現了高速列車精細有限元車輛—軌道耦合模型的隨機動應力分析與疲勞壽命估計。
