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海底管线管跨结构涡致耦合振动的数值模拟与实验研究

海底管线是海洋油气集输与储运系统的重要组成部分,被喻为海上油气田的“生命线”,在海洋油气资源的开发利用中发挥着重大作用,海底管线的安全正常运行是海上油气田安全生产的重要保证。海底管线管跨结构由于具有特殊的结构形式,在海流作用下会发生复杂的涡致振动以及频率“锁定”现象,并诱发流体与结构之间的相互作用,由此导致的结构失稳以及疲劳破坏是海底管线损伤的重要形式。针对海底管线管跨结构的涡致耦合振动问题,考虑到二维流场数值模拟的局限性以及管跨结构的动态响应具有轴向分布的特点,本文基于二维的标准k ?ε湍流模式,以及考虑管内流体流动影响的管跨结构运动控制方程,构建了由水动力模块和结构动力模块两部分构成的准三维数值模型,用于描述海底管线管跨结构的涡致振动以及涡致振动过程中流体与结构之间的相互作用。该模型的本质是用二维模型求解三维问题,其基本思想很大程度上体现在它的数值求解过程中。为了解决流固耦合数值研究中两相介质界面上力与运动关系的传递与协调问  (本文共178页) 本文目录 | 阅读全文>>

西南交通大学
西南交通大学

高速铁路列车—线路—桥梁耦合振动理论及应用研究

高速铁路以其速度快、运能大、能耗低、污染轻、占地少以及安全舒适等综合优势,在世界各国得到了迅速发展。我国在跟踪研究国外高速铁路技术、积极规划高速铁路的同时,通过新建快速客运专线、大力加强既有线的技术改造大幅度提高了列车的运行速度。但是,随之而来的轮轨系统的动力作用、行车的安全性和舒适性、线桥结构的运用安全性问题也越发突出,而这在我国尚缺乏足够的理论研究和工程实践。因此,快速及高速运行条件下的列车、线路、桥梁动态相互作用问题已成为我国铁路实现跨越式发展亟需开展的基础性研究课题之一。本文在简要回顾国内外高速铁路技术发展以及车辆-轨道动力学、车桥振动研究的历史与现状的基础上,针对高速铁路列车、线路、桥梁动力相互作用问题,提出了将机车车辆、轨道及桥梁作为一个耦合大系统,以车辆动力学、轨道动力学、桥梁动力有限元方法为基础,以轮轨关系、线桥关系为联系纽带,应用数值仿真的方法来研究高速行车条件下轨道及桥梁结构的动力特性、行车的安全性和舒适性的...  (本文共208页) 本文目录 | 阅读全文>>

铁道部科学研究院
铁道部科学研究院

铁路桥梁三维耦合振动仿真与墩台状态评估

为了解决提速铁路和重载铁路日益突出的桥梁横向振动和状态评估问题,本文首先建立了较为完善和可靠的三维车桥墩地基耦合振动模型。用非线性弹性块体单元模拟墩身和地基土,在桥墩基础与地基土接触面上,综合考虑了裂缝开合和相对滑动特性,形成无厚度接触单元。建立了梁的三维模型,并以非线性弹簧阻尼单元模拟支座效用,将梁和墩耦合为整桥模型。建立了列车模型,并在轮轨接触界面上,利用新方法建立了轮轨动力接触单元,将列车和桥梁耦合。地基与基础、桥墩与梁、梁与列车三种耦合单元的建立,实现了以移动质量为特征的轮轨动力接触,使模型更为完善、合理。在模型建立的各个环节上都以现场测试结果对模型进行验证和优化,确保了各部分以及整桥模型的可靠性。模型形成以后,进行了整桥模型的自振特性仿真分析。仿真计算证明了整桥模态在桥梁这种狭长弱耦合结构中的存在,并指出整桥模态使得桥梁在横向的自振频率降低,容易引起了过大的横向振动。弄清整桥模态对于有的放矢地进行桥梁加固具有重要意义。...  (本文共153页) 本文目录 | 阅读全文>>

《科技创新与应用》2013年12期
科技创新与应用

公路桥梁与车辆耦合振动控制研究现状综述

1引言结构疲劳是结构老化的主要原因之一。因此,通过将降低应力峰值延长结构的使用寿命具有广泛前景的研究。当由大量车辆荷载通过桥梁时,桥梁结构内的结构构件处于高应力水平。这种应力引起结构的疲劳。通过减小由车桥耦合振动引起的应力峰值来减少结构的疲劳破坏和延长结构的使用寿命,具有良好的研究前景。现代结构控制技术分为隔振、消能减振和主动控制。隔振和消能减振是无外加能源的控制,其控制作用是控制装置随结构一起振动而产生,属被动控制;主动控制是依靠外界能量提供控制作用来抑制结构反应。2车桥耦合振动TMD控制技术的研究现状及其分析况调谐质量阻尼器(TMD)控制是结构消能减振控制技术中的一种。目前,它被认为是除基础隔振技术外另一个有广泛发展前景的结构控制方法,土木工程的各领域都对它进行了较多地研究。TMD控制领域控制方面的综述文献较多,这里不再论述。3车桥耦合振动半主动控制技术的研究现状及其分析况半主动控制液压阻尼器以其结构原理简单,技术要求相对较...  (本文共1页) 阅读全文>>

《力学进展》2012年05期
力学进展

列车-桥梁耦合振动研究综述

1引言1825年修建第一条铁路以来,人类便开始了对列车与桥梁相互作用问题的研究.早期由于计算水平低下,多采用现场测试的手段来研究车辆、桥梁振动相关问题,美国、前苏联于20世纪初至40年代期间进行过大规模实桥试验,首次提出“冲击系数”、“临界速度”的概念,给出了系列经验公式,并对“共振”现象作出初步解释[1].这种以现场试验为主导的研究思路在一定时期内曾起到很大作用,但由于其耗费时间长、经济成本高、只能对已经建成的桥梁进行研究等弊端,其可行性逐渐丧失,逐步发展成以理论分析和模拟仿真为主、并结合现场试验进行验证的思路来研究列车与桥梁的振动问题.20世纪初期,受计算水平、力学水平、研究方法的限制,列车与桥梁相互作用问题的研究一般是将车辆和桥梁简化成两个独立模型,车辆简化为单个或多个移动的不变或可变载荷,桥梁简化成等截面梁,采用级数展开作近似求解,这类研究方法有很强的近似性,也不能体现车辆与桥梁的耦合振动,真正的列车--桥梁耦合振动研究...  (本文共10页) 阅读全文>>

《四川大学学报(工程科学版)》2012年S2期
四川大学学报(工程科学版)

考虑跳车情况下的车-桥耦合振动研究

随着现代交通事业的飞速发展,公路车辆的运行速度及荷载都均有很大提高,车辆对桥梁结构的动力作用显著增加。同时,桥梁的桥面不平顺也会产生车辆对桥梁的冲击作用。对车辆作用下的桥梁振动进行的大量研究表明,车辆的速度对桥梁的冲击作用影响很大[1-2]。文献[3]研究中考虑了桥梁不平顺,但由于在较大路面不平顺下没有考虑跳车情况,使桥梁的最大挠度远远小于实际的影响。作者结合简支梁桥的特点考虑跳车情况,建立了车-桥耦合系统振动方程,把桥梁和车辆考虑为2个分离的子系统,2个系统之间通过随时间变化的接触点上的接触力和位移相互协调,采用迭代法[4-5]处理车-桥耦合振动问题。最后运用Matlab编程求解微分方程,讨论车辆以不同速度通过桥面不平顺较大的桥梁时,考虑跳车情况与不考虑跳车情况对桥梁冲击系数的影响。1车-桥耦合系统模型由于车-桥系统的复杂性,把系统简化为图1所示的质量、阻尼、弹簧及Euler-Bernoulli梁。图1车-桥耦合系统模型Fig...  (本文共5页) 阅读全文>>