一种车桥耦合振动分析方法技术

本发明专利技术公开了一种车桥耦合振动分析方法，包括以下步骤：S1：构建通行车辆行驶模型；S2：构建通行车辆和桥梁之间的变形协调模型，并确定通行车辆和桥梁之间的相互作用力；S3：构建车桥耦合运动模型；S4：构建基于质量阻尼器的车桥耦合运动模型，并得到车辆和桥梁的动力响应，完成车桥耦合振动分析。本发明专利技术基于车桥和质量阻尼器构建的车

【技术实现步骤摘要】
一种车桥耦合振动分析方法


[0001]本专利技术属于车桥耦合分析
，具体涉及一种车桥耦合振动分析方法。

技术介绍

[0002]在路面条件差的情况下，车辆行驶引起的桥梁振动幅值往往超过合理的范围。车辆荷载作用下，车辆自重、车速和路面状况等因素都会影响桥梁的振动幅度。研究结果表明，当路面不平整、车辆质量较大时，车辆引起的桥梁振动幅值往往会超出合理范围。
[0003]移动车辆的平顺性问题主要来源于车体的振动，尤其是在大跨度桥梁上行驶的车辆。虽然车辆通过桥梁的持续时间只有几分钟，但短期的行驶不适可能会严重导致疲劳，影响驾驶员的操纵性能，从而导致灾难性的车辆事故。因此，在过去二十年中，乘坐舒适性引起了人们的广泛关注。在大多数现有的桥梁/车辆相互作用研究中，研究人员将车辆建模简化为一个质量弹簧模型，简化的车辆模型和实际车辆模型的区别是非常大的，故现有技术的桥梁/车辆相互作用研究并不准确。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了解决上述问题，提出了一种车桥耦合振动分析方法。
[0005]本专利技术的技术方案是：一种车桥耦合振动分析方法包括以下步骤：
[0006]S1：获取桥梁上通行车辆的行驶参数，构建通行车辆行驶模型；
[0007]S2：构建通行车辆和桥梁之间的变形协调模型，并根据变形协调模型和通行车辆行驶模型确定通行车辆和桥梁之间的相互作用力；
[0008]S3：根据通行车辆和桥梁之间的相互作用力和通行车辆行驶模型，构建车桥耦合运动模型；
[0009]S4：构建基于质量阻尼器的车桥耦合运动模型，并根据车桥耦合运动模型和基于质量阻尼器的车桥耦合运动模型得到车辆和桥梁的动力响应，完成车桥耦合振动分析。
[0010]进一步地，步骤S1中，通行车辆的行驶参数包括动荷载、车体质量、质量系数、阻尼系数和刚度系数。
[0011]进一步地，步骤S1中，通行车辆行驶模型的表达式为：
[0012][0013]其中，m
v
表示通行车辆的质量矩阵，c
v
表示通行车辆的阻尼矩阵，k
v
表示通行车辆的刚度矩阵，Z表示通行车辆的位移向量，表示通行车辆的位移向量一阶导数，表示通行车辆的位移向量二阶导数，表示通行车辆第i个车轮作用在桥梁上的力。
[0014]进一步地，通行车辆行驶模型中，通行车辆的质量矩阵m
v
表达式为：
[0015][0016]其中，m
s
表示通行车辆的车体质量，m
t1
表示通行车辆的前非悬挂质量，m
t2
表示通行车辆的后非悬挂质量，J表示通行车辆的车体转动惯量；
[0017]通行车辆的刚度矩阵k
v
的表达式为：
[0018][0019]其中，Ks1表示通行车辆的前悬挂质量刚度系数，Ks2表示通行车辆的后悬挂质量刚度系数，λ1表示通行车辆的前悬挂质量水平系数，λ2表示通行车辆的后悬挂质量水平系数；
[0020]通行车辆的阻尼矩阵c
v
的表达式为：
[0021][0022]其中，Cs1表示通行车辆的前悬挂质量阻尼系数，Cs2表示通行车辆的后悬挂质量阻尼系数。
[0023]进一步地，步骤S2中，通行车辆和桥梁之间的变形协调模型的表达式为：
[0024]δ
i
＝z
i
‑
r
i
‑
b
i
[0025]其中，δ
i
表示通行车辆第i个车轮相对于桥面的竖向位移，z
i
表示第i个车轮振动的竖向位移，r
i
表示第i个车轮处桥面不平整度幅值，b
i
表示第i个车轮处桥面的竖向位移。
[0026]进一步地，步骤S2中，通行车辆和桥梁之间的相互作用力的计算公式为：
[0027][0028]其中，表示通行车辆第i个车轮作用在桥梁上的力，k
i
表示第i个车轮的刚度系数，c
i
表示第i个车轮的阻尼系数，δ
i
表示通行车辆第i个车轮相对于桥面的竖向位移。
[0029]进一步地，步骤S3中，构建车桥耦合运动模型的具体方法为：分别构建通行车辆的运动方程和桥梁的运动方程，并根据通行车辆的运动方程和桥梁的运动方程构建车桥耦合运动模型。
[0030]进一步地，桥梁的运动方程的表达式为：
[0031][0032]其中，m
b
表示桥梁的质量矩阵，c
b
表示桥梁的阻尼矩阵，k
b
表示桥梁的刚度矩阵，x
b
表示通行车辆相对于桥梁的位移，表示通行车辆相对于桥梁的速度，表示通行车辆相对于桥梁的加速度，F
b
表示通行车辆作用在桥梁上的力，F
b
‑
p
表示质量阻尼器对桥梁产生的
力；
[0033]通行车辆的运动方程的表达式为：
[0034][0035]其中，m
v
表示通行车辆的质量矩阵，c
v
表示通行车辆的阻尼矩阵，k
v
表示通行车辆的刚度矩阵，x
v
表示通行车辆的位移，表示通行车辆的速度，表示通行车辆的加速度，F
G
表示通行车辆的重力，表示通行车辆和桥梁之间的相互作用力；
[0036]所述步骤S2中，车桥耦合运动模型的表达式为：
[0037][0038]其中，c
v
‑
b
表示通行车辆和桥梁间的第一阻尼系数，c
b
‑
v
表示通行车辆和桥梁间的第二阻尼系数，表示通行车辆和桥梁间的第三阻尼系数，k
v
‑
b
表示通行车辆和桥梁间的第一刚度系数，k
b
‑
v
表示通行车辆和桥梁间的第二刚度系数，表示通行车辆和桥梁间的第三刚度系数，F
b
‑
r
表示不平整路面对桥梁结构形成的力，F
v
‑
r
表示不平坦的路面对车辆形成的力，F
G
表示通行车辆的重力。
[0039]进一步地，步骤S4中，基于质量阻尼器的车桥耦合运动模型的表达式为：
[0040][0041]其中，m
b
表示桥梁的质量矩阵，m
p
表示质量阻尼器的质量矩阵，m
v
表示通行车辆的质量矩阵，x
b
表示通行车辆相对于桥梁的位移，表示通行车辆相对于桥梁的速度，表示通行车辆相对于桥梁的加速度，x
v
表示通行车辆的位移，表示通行车辆的速度，表示通行车辆的加速度，x
p
表示质量阻尼器的位移，表示质量阻尼器的速度，表示质量阻尼器的加速度，c
b本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种车桥耦合振动分析方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：获取桥梁上通行车辆的行驶参数，构建通行车辆行驶模型；S2：构建通行车辆和桥梁之间的变形协调模型，并根据变形协调模型和通行车辆行驶模型确定通行车辆和桥梁之间的相互作用力；S3：根据通行车辆和桥梁之间的相互作用力和通行车辆行驶模型，构建车桥耦合运动模型；S4：构建基于质量阻尼器的车桥耦合运动模型，并根据车桥耦合运动模型和基于质量阻尼器的车桥耦合运动模型得到车辆和桥梁的动力响应，完成车桥耦合振动分析。2.根据权利要求1所述的车桥耦合振动分析方法，其特征在于，所述步骤S1中，通行车辆的行驶参数包括动荷载、车体质量、质量系数、阻尼系数和刚度系数。3.根据权利要求1所述的车桥耦合振动分析方法，其特征在于，所述步骤S1中，通行车辆行驶模型的表达式为：其中，m
v
表示通行车辆的质量矩阵，c
v
表示通行车辆的阻尼矩阵，k
v
表示通行车辆的刚度矩阵，Z表示通行车辆的位移向量，表示通行车辆的位移向量一阶导数，表示通行车辆的位移向量二阶导数，表示通行车辆第i个车轮作用在桥梁上的力。4.根据权利要求3所述的车桥耦合振动分析方法，其特征在于，所述通行车辆行驶模型中，通行车辆的质量矩阵m
v
表达式为：其中，m
s
表示通行车辆的车体质量，m
t1
表示通行车辆的前非悬挂质量，m
t2
表示通行车辆的后非悬挂质量，J表示通行车辆的车体转动惯量；通行车辆的刚度矩阵k
v
的表达式为：其中，Ks1表示通行车辆的前悬挂质量刚度系数，Ks2表示通行车辆的后悬挂质量刚度系数，λ1表示通行车辆的前悬挂质量水平系数，λ2表示通行车辆的后悬挂质量水平系数；通行车辆的阻尼矩阵c
v
的表达式为：其中，Cs1表示通行车辆的前悬挂质量阻尼系数，Cs2表示通行车辆的后悬挂质量阻尼系
数。5.根据权利要求1所述的车桥耦合振动分析方法，其特征在于，所述步骤S2中，通行车辆和桥梁之间的变形协调模型的表达式为：δ
i
＝z
i
‑
r
i
‑
b
i
其中，δ
i
表示通行车辆第i个车轮相对于桥面的竖向位移，z
i
表示第i个车轮振动的竖向位移，r
i
表示第i个车轮处桥面不平整度幅值，b
i
表示第i个车轮处桥面的竖向位移。6.根据权利要求1所述的车桥耦合振动分析方法，其特征在于，所述步骤S2中，通行车辆和桥梁之间的相互作用力的计算公式为：其中，表示通行车辆第i个车轮作用在桥梁上的力，k
i
表示第i个车轮的刚度系数，c
i
表示第i个车轮的阻尼系数，δ
i
表示通行车辆第i个车轮相对于桥面的竖向位移。7.根据权利要求1所述的车桥耦合振动分析方法，其特征在于，所述步骤S3中，构建车桥耦合运动模型的具体方法为：分别构建通行车辆的运动方程和桥梁的运动方程，并根据通行车辆的运动方程和桥梁的运动方程构建车桥耦合运动模型。8.根据权利要求7所述的车桥耦合振动分析方法，其特征在于，所述桥梁的运动方程的表达式为：其中，m
b
表示桥梁的质量矩阵，c
b
表示桥梁的阻尼矩阵，k
b
表示桥梁的刚度矩阵，x
b
表示通行车辆相对于桥梁的位移，表示通行车辆相对于桥梁的速度，表示通行车辆相对于桥梁的加速度，F
b
表示通行车辆作用在桥梁上的力，F
b
‑
p
表示质量阻尼器对桥梁产生的力；通行车辆的运动方程的表达式为：其中，m
v
表示通行车辆的质量矩阵，c
v
表示通...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐建国，张金鹏，王江飞，周奇，耿玉鹏，姚俊成，蔡迎春，姚广，高渐斌，缪锋阳，张梦乐，柳世宇，
申请(专利权)人：河南濮泽高速公路有限公司，
类型：发明
国别省市：