邹承明[1]2003年在《轨道交通引起地面振动的智能分析方法》文中指出列车在运行时产生的振动会通过周围地层向外传播，并进一步诱发建筑物的二次振动，对建筑物以及其中居民的工作和日常生活产生了很大的影响。如何分析振动对环境造成的影响已经成为一个很重要的课题。 轨道系统由铁轨、枕木和碎石垫层组成，列车在运行时车轮与轨道系统会产生相互作用，由于轮重的作用使轨道产生弯曲变形，弯曲变形转化成作用在地基上的荷载引起地基振动，这一振动通过周围地层向外传播，导致周围地面的振动。 为了得到神经网络的训练样本，除了利用现有的实测数据外，本文还考虑利用某些解析方法计算得到的数据作为样本。为此本文基于振动产生及传播的机理，利用了分层法的轨道交通引起地面振动的解析算法，通过解叁维弹性体的波动方程得到波数—频域的解，离散化波数域得到地基土的动力响应特性，再通过快速Fourier逆变换得到空间—时间域的解。 为了利用神经网络进行有限元计算，本文给出了列车运行时移动荷载在时间域和空间域的分布表示，通过叁维有限元方法的分析，详细推导出了轨道交通荷载引起地面振动的有限元计算中的刚度矩阵和质量矩阵，同时将动力有限元的计算问题通过矩阵变换，转换成了一个二次型的优化问题。 本文融合神经网络技术和遗传算法，对轨道交通引起的地面振动进行了正分析和反演，并利用计算机技术实现了地面振动的叁维动画模拟，这主要包括： (1)研究了压缩映射遗传算法，利用Banach空间的不动点定理证明了压缩映射遗传算法可以收敛到全局最优值，弥补了标准遗传算法不能收敛至全局最优值的不足。另外还详细论述了该算法中的编码、选择、交叉和变异等遗传操作。为后续与神经网络融合应用作理论准备。 (2)研究了BP神经网络的结构、训练算法，并将该算法应用到土的本构关系的建模之中。考虑到BP神经网络训练时间长、容易收敛到局部最优的不足，本文将压缩映射遗传算法应用到BP神经网络的训练之中，使其较快地收敛到全局最优值。 (3)研究了Hopfield反馈神经网络的结构和稳定性，并深入讨论了稳定性分析的Lyapunov第二方法(亦称为直接法)，利用Lyapunov方法分析了Hopfield神经网络改进网络—TH神经网络的稳定性。本文详细论述了将TH神经网络应用到二次型优化问题上的方法，并首次将该方法用来计算前面得武汉理工大学博士学位论文到的动力有限元计算的二次型。在仿真计算中，首次将压缩映射遗传算法应用到了搜索TH神经网络的平衡点(二次型的最优值)上。 (4)研究了自递归神经网络的结构及训练算法，利用LyaPunov方法研究了自递归神经网络训练算法的收敛性和稳定性，并首次利用自递归神经网络来反演轨道交通引起地面振动的振动场。考虑到自递归神经网络的结构影响到其反演效果，本文利用压缩映射遗传算法来搜索其最佳的结构。 (5)论述了轨道交通引起地面振动智能分析软件中运用的面向对象方法和OpenGL技术，研究了OpenGL的叁维体绘制算法，最后实现了轨道交通引起地面振动的振动场叁维模拟。 本文最后总结了研究结论并展望进一步的工作，认为包括模糊逻辑、灰色理论等多种智能方法和神经网络、遗传算法的融合应用到轨道交通引起地面振动的分析之中是一种新的可行方法，叁维实时动画模拟也是研究方向。
贾晓宏[2]2009年在《磁浮列车引起地面振动的数值分析》文中研究表明磁浮列车是一种具有良好发展前景的新型交通工具,它引起的环境振动问题还没有引起足够的重视。目前,磁浮列车引起环境振动的研究只有少量的实测分析,尚未见相关数值预测分析研究。在此背景下本文以我国上海高速磁浮列车系统和青城山低速磁浮列车系统及其线路基础为对象,利用ANSYS和SIMPACK软件开展了高、低速磁浮车辆引起地面振动的数值仿真与分析。在已有磁浮车辆-轨道梁动力学模型基础上,利用ANSYS建立更为细致的轨道梁与桥墩有限元模型,在SIMPACK软件中建立了磁浮车辆-高架桥梁(含柔性桥墩)耦合作用模型,并通过对比分析验证了该模型,获得了磁浮车辆的荷载时间历程。进一步依据上海磁浮线路和青城山磁浮线路的桩基结构条件及其地表土体特性,建立了高、低速磁浮线路桩基基础叁维有限元模型,对地基土体模型采用叁维实体有限单元划分,计算域边界的散射采用粘弹性动力人工边界单元模拟,从而建立了高低速磁浮线路地面振动数值分析模型。仿真分析了高低速磁浮列车引起的地面振动响应,并与已有文献的实测结果进行了比较,振源计算结果与实测结果较为吻合,说明建立的地面振动数值分析模型是合理的。与高架轮轨交通车辆引起的地面振动计算结果进行了比较,结果表明两种高架轨道交通引起地面振动的规律基本一致,但磁浮交通引起的地面振动要小得多。对上海高速磁浮列车系统,运行速度172km/h时距线路中心26m处地面振级基本满足GB10070-1988标准规定的居民文教区昼间标准值要求,低于规定的混合区、商业中心区、工业集中区和交通干线道路两侧昼间75dB和夜间72dB标准值。对青城山低速磁浮列车系统,运行速度为80km/h时距离线路中心20m处地面振级低于城市各类区域的标准限值。本文相关研究结论对城市内高低速磁浮线路规划及其地基基础设计具有参考价值。
魏龙[3]2016年在《地铁列车运行诱发的振动对环境的影响研究》文中研究表明伴随国内经济的迅速崛起和城市规模的日益扩大,城市轨道交通日益成为解决城市交通拥堵问题的首选之策。地铁以其便利高效、舒适安全、空气污染小等优势,得到迅猛发展。但与此同时,地铁运营诱发的振动对环境的影响也越来越成为人们所普遍关注的问题之一,众多事实证明,部分地铁线路对人体的身心健康、建筑物的结构安全及对精密仪器的正常使用都产生了很大的影响。是以,不能轻视地铁运营中产生的振动污染。研究地铁诱发的大地振动传播规律和建筑物的振动响应情况对地铁建设和减振降噪设计有着非常重要的意义。本文以某市地铁叁号线地质勘查报告为依托,通过建立叁维有限元模型,数值模拟和理论分析研究了软土基中地铁振动的传播衰减趋势,以及振动对建筑物的影响。本文围绕以上主要内容,进行了系统的分析研究。利用连续弹性基础双层轨道梁模型结合MATLAB软件,采用快速傅立叶变换法求解作用于隧道基底的激励载荷,将其施加到叁维仿真模型分析地铁引起的振动传播。采用仿真分析软件ANSYS建立“土层-隧道”叁维仿真模型,模拟自由场地表面在列车激励载荷作用下的振动响应,分析比较了不同列车时速、不同隧道埋深、不同轨道不平顺等级等工况下,距振源不同间距的地面点的振动传播和衰减规律,得到一些结论。地面点的振级随与振源间距的增大而下降,并在距振源一定间距处会出现振动放大现象,这主要是受到地质状况、激振频率、埋深等的综合影响。在传播过程中,高频振动比低频振动衰减的快。地铁振动响应存在一临界速度,当运行时速小于临界速度时,地铁引起的大地振动响应随着时速的上升而增强,但当列车时速大于此临界速度时,振动响应随着时速的上升而减弱。地面点的振动响应随隧道埋深的加大而减弱;随线路不平顺等级的降低而增强。双线并行区间隧道列车同时通行引起的自由场地表面振动规律同单线隧道列车通行引起的基本一致,前者振动强度略大于后者。随着两并行区间隧道中心间距的增大,振动逐渐减弱,但由于振动反弹区位置有所改变,部分地段振动随间距的增大而增强。通过有限元软件ANSYS建立“土层-隧道-建筑物”叁维一体模型,采用瞬态计算模块,计算分析了不同列车时速、不同隧道埋深、建筑物距隧道中心不同距离等工况下建筑物各楼层的振动响应情况,得出了建筑物各楼层在地铁列车激励荷载作用下的振动传播和衰减规律。地铁运行诱发的上部结构的竖向振级大体上随楼层的增大而增强,但各楼层间差值不大,表现为整体运动;楼层的振级随地铁运行速度的提升而增强;随隧道埋深的加大而减弱;随建筑物与振源间距的增加而减弱,但在距隧道中心一定位置处会出现振动反弹现象;随建筑物墙板尺寸的增加,各楼层振动响应明显减弱;基础桩径对振动响应也有影响,但非常小。地铁列车引起的振动从钢轨传播至道床,再传播到隧道结构上,振动逐渐减弱,但振动能量的衰减主要发生在“钢轨-道床”阶段。
张良涛[4]2004年在《智能分析方法在轨道动力学中的应用研究》文中指出轨道交通引起的环境振动问题与人们的生活密切相关，直接影响着人们的生活质量，因此倍受人们的关注。轨道结构一般包括轨道、轨道扣件、枕木、碎石垫层。而列车运行时，车轮和轨道之间存在着相互作用，由于轮重的作用使轨道产生弯曲变形，弯曲波就通过轨道各成分传给地基土并向四周传播，从而进一步诱发建筑物的二次振动。由于车辆、轨道和地基土本身的复杂性，无法建立数学模型来完全模拟轨道系统的真实情况。人工智能的发展，为轨道交通引起的环境振动评价提供了一个有效的工具，但目前还处于起步研究阶段。 本文以传统的轨道分析方法为基础，充分融合遗传算法和神经网络技术对轨道的模态参数、地基土表层的特征参数和移动荷载作用下地基土的响应预测进行了初步的探讨。主要内容可总结为如下几点： 1、针对前向神经网络中两种典型网络模型的全局优化问题，提出了基于递阶遗传算法的RBF和BP网络的优化模型，并用简单、高效、开放的Mattab语言编程实现。 2、轨道体系的基本模态参数(模态频率，模态阻尼)是其重要的动力特性，和它的结构性能有着密切的关系。本文就简单的Euler梁模型，采用有限元方法计算其频率响应函数(FRF)，用主元分析方法(PCA)对频响数据进行压缩处理作为优化BP网络模型的输入，以Euler梁前四阶模态频率和模态阻尼作为网络输出。通过模拟计算，模态参数识别是可行的。 3、地基土表层参数在轨道交通引起环境振动分析中起着至关重要的作用。本文采用进化遗传算法和传统正分析相结合的方法，对表层的弹性模量、密度和损失因子进行了反演。反演结果表明，所提出的反演方法具有全局搜索能力，并且具有良好的抗观测噪声能力。 4、以传统波动论为基础，构造了列车车速、地基土表层参数(弹性模量、密度和损失因子)、观察点到轨道中心线距离与地表观察点响应速度和加速度振级间复杂的非线性关系。并以此训练优化的RBF网络模型，来对移动荷载作用下引起的地表响应的速度和加速度振级进行有效预测。
蔡超勋[5]2009年在《运行列车引起建筑物振动的试验研究与数值分析》文中认为随着经济的发展,轨道交通系统的建设如今已经达到一个高潮期,同时由轨道交通系统产生的对周围环境的振动影响与日俱增,已经越来越多地引起人们的普遍关注。本文较系统地分析研究了铁路列车引起的振动对周围自由场地及建筑物的影响。采用ANSYS有限元软件,建立叁维数值分析模型,综合分析了自由场地的振动响应规律和不同结构特性(改变楼板厚度、空心率、柱截面尺寸)下的建筑物的振动响应规律。同时,还针对运行列车引起的建筑物振动进行了现场试验研究和数值模拟分析,得出了一些有益的结论。本文对建筑物楼板在运行列车作用的响应规律进行较为详尽的总结和概述,得出了相关的结论,具有重要的工程价值和意义。
陈士军[6]2013年在《青藏线含融化夹层和地下冰冻土路基列车行驶振动响应》文中认为目前，青藏铁路含融化夹层高温高含冰量多年冻土路基由列车荷载振动效应引起的沉陷问题日益显着，直接关系到客货列车的安全营运、青藏线能否提速等关键问题。同时，在全球气候暖化背景下，青藏铁路未受保温措施的低温基本稳定多年冻土路基必将进一步退化为高温不稳定多年冻土路基。鉴于此，本论文以青藏铁路低温高含冰量多年冻土路基在气候暖化和列车荷载共同作用下长期服役性能为应用背景，系统构建了一整套考虑热效应的大型高含冰量多年冻土路基振动响应叁维模型。通过建立含相变路基温度场预测模型、精确求解轨－枕作用力实现路基响应模型的温度－应力耦合，并采用室内试验提供模型参数、现场监测实现模型验证等方法，探索青藏客货列车行驶下高温高含冰量多年冻土路基的振动响应规律。具体工作可总结如下：(1)基于附面层原理，并合理考虑施工期的影响，建立了多年冻土路基相变温度场预测模型。针对青藏铁路北麓河含厚层地下冰试验段地层结构、气候条件以及温升趋势，计算分析了路堤建成后未来50年路基地温分布走势。计算结果与监测数据吻合良好，验证了该温度场预测模型的正确性。(2)针对青藏铁路客、货列车编组形式及轨道结构特征，基于课题组研发的车辆－轨道动力耦合仿真程序ZL-TNTLM，并突破以往仅选取某一特定荷载时程或采用过于简化的荷载作为输入的局限，综合考虑轨道高低不平顺、谐波、动力型激扰和宽轨缝等不同激励因素的作用，从而获得了较符合实际的轨－枕作用力。并重点研究分析了车辆轴重、时速、以及各种激励因素下轨－枕作用力响应特性及影响规律。(3)基于低温动叁轴试验，系统研究了列车移动荷载作用下冰的动力性能，建立了其在长期动载下永久变形预测模型，并给出主要影响因素及变化规律。计算的动力参数主要为多年冻土路基内厚层地下冰提供必要的参数。试验结果显示，可采用粘弹性模型来描述冰的动应力－应变关系。(4)基于上述工作，首次建立了以120个轨－枕作用力作为列车荷载输入并考虑热效应的大型叁维路基振动响应模型。引入前述温度场预测结果，不仅与多点荷载输入共同作用于模型从而实现热－力耦合，还可体现多年冻土路基冻融过程。模型参数根据室内试验选取，采用等效线性化本构模型和无限元透射边界，基于显示动力分析方法开展数值计算，可初步得到青藏铁路多年冻土路基振动响应状态。结果表明该模型采用的多组轨－枕作用力多点动力输入可很好反映列车的移动特性。路基表层应力响应和青藏铁路列车行驶加速度反应现场监测结果进一步验证了模型的可靠性。(5)采用上述已验证的数值模型，计算得到了青藏客货列车以不同时速行驶并在不同激励因素作用时不同温度分布状态场地的振动响应。通过提取的竖向加速度和应力时程及其1/3倍频程谱分析，分别从时域、频域角度研究了轨道交通荷载作用下含融化夹层和厚层地下冰高温多年冻土路基场地效应，并分析了列车时速、激励因素和编组型式对路基振动响应的影响。同时，初步探讨了青藏列车行驶多年冻土路基应力路径响应特性，及其受路基深度、列车时速和温度状态的影响规律。本文研究成果有助于加深理解热效应下高含冰量低温基本稳定多年冻土普通道砟路基的退化过程及含融化夹层高温高含冰量多年冻土路基的振动响应规律。本文研究途径较为系统完备、成果真实可靠，可服务于青藏高原多年冻土区铁路建设。
郭江倩[7]2015年在《轨道交通引起周围建筑物振动研究》文中研究指明随着我国轨道交通系统的迅速发展,在为人们的生活提供便利的同时,也引起了不可避免的环境问题。地面列车在运行过程中会产生振动,会进一步诱发周围建筑物的振动,这给建筑物中的居民带来了许多生活和工作上的不适。基于这一问题,本文开展了列车运行引起的周围建筑物振动传播规律的研究。主要的研究内容包括:(1)根据地面列车运行引起的轨道系统的振动响应计算模型,计算列车以不同速度运行时产生的地基反力,并将地基反力作为建筑物振动的输入激励源。(2)建立土体—接触面—建筑物的叁维有限元模型,土体边界条件为粘弹性人工边界,将地基反力作为系统的外荷载输入。分析了列车速度、土体参数、建筑物与轨道中心距离、建筑物整体刚度等参数对建筑物动响应的影响规律。(3)运用统计分析方法,对有限元的计算结果进行了分析。基于计算模型对建筑物内振动传播规律进行了预测,提出了与列车速度、土体剪切波速、建筑物高度、建筑物与轨道中心的距离等参数相关的建筑物振级预测公式。(4)建立楼板的叁维有限元模型,研究楼板在简谐荷载作用下的受迫振动。研究了楼板在不同频率荷载作用下,楼板的边界条件、长宽比、厚度、材料强度对楼板振动响应的影响规律。(5)对京广铁路石家庄段附近一栋六层砖混建筑物做现场振动实测。将实测结果做振动评价并与预测模型做比较,验证模型的合理性。
潘南泉[8]2010年在《冲击荷载作用下自由场地振动分析》文中研究指明本文主要研究振动在土中的传播及衰减规律,介绍了环境振动的危害及其控制对策。本文主要基于试验和有限元模拟,综合以往研究成果的基础上,分析振动波在土中的传播规律。在试验方面,该试验是在成都待建博物馆的自由场地进行的,属于待建博物馆可行性研究的一部分。时域内分析得到该场地的土体波速为120m/s,弹性模量为7.8e+107Pa,随着测点远离振源,其振动加速度逐渐衰减,且加速度在竖直方向衰减比水平方向快；在频域内,分别用铝、橡胶及尼龙叁种不同材质的锤头作为振源冲击地面,得到了叁种材质的锤头冲击地面时产生的卓越频率相近,卓越频率在水平方向为50-70Hz,且橡胶锤头冲击地面时产生的振动最小。验证隔振沟的隔振效果,发现在一定距离内,隔振沟的隔振效果是明显的,分别在瞬态和稳态方面验证了隔振沟的隔振效果,且隔振瞬态效果比稳态效果好；在固定振源到隔振沟的情况下,离隔振沟越近其隔振效果越好,反之,隔振效果不明显。利用ANSYS模拟冲击荷载作用自由场地,分析得出随着远离振源,加速度逐渐衰减,竖向振动远大于水平方向振动,激励激励隔振沟越近,隔振效果越好,反之,隔振效果不明显。
蒋飞[9]2012年在《高速列车作用下路基振动响应与传播特性的试验研究》文中指出随着如今高速列车时速的不断提高,以及高速铁路不断在各种饱和软粘土、松散砂土等软弱地基上延伸,高速铁路运营后的列车循环动荷载使地基产生附加沉降越来越可观,大量的岩土工程与土动力学问题随之凸现。而国内新建高速铁路缺少对应实测资料以供相关研究分析。本文针对这一现状,依托国家首条列车运行最高时速达350km/h的客运专线京津城际进行了路基振动现场试验,得到了以各种速度行驶的高速列车对路基产生的动力响应资料,并据此进行了振动响应与传播特性的试验研究：在京津城际铁路JJK86+274路基断面进行现场试验,对时速分布于113km/h至344km/h的共41车次的高速列车进行了振动测试,获取了分布于轨道板中心至路基边缘的6个测点的10个速度传感器的共410组试验数据。根据现场振动测试中采集的样本数据,绘出包括振动速度,振动加速度,振动位移等振动响应要素时程波形图曲线,分析了其振动响应特征。进行了振动频域特性分析,检验了振动数据周期性,确定了周期振动能量的集中频段。分析了行车速度对路基振动响应的影响,使用散点图拟合的方式,统计了不同车速下各个测点振动要素特征值的变化发展。进行了路基振动传播特性的研究,绘制出不同传播情况振动传播曲线图,分析了其特征和发展趋势,并对比不同车速下传播曲线的变化。对传播过程中振动频域特性进行了研究,分析了不同车速下振动能量及主频率的在传播过程中的变化和发展规律。使用有限元方法,选用ABAQUS作为分析软件,使用试验获得速度时程数据作为时程边界加载,对测试路基断面进行了二维数值模拟。对数值模拟计算结果与试验结果进行了对比,确定了数值模拟的准确性与合理性。在此基础上,对模型路基体内振动空间分布特性、振动要素时程响应特性,振动传播特性,动应力沿深度分布规律等进行了进一步研究,得到了合理的结果。本文的研究得到了我国高速列车轨下路基动态响应时程与特征值,以及其沿路基表面的传播与衰减形式。为国家今后的高速铁路设计与施工提供技术参考,为高速铁路运营期路基长期变形沉降的控制与预测提供试验基础。
张阳阳[10]2011年在《车辆通过减速带引起地面振动的机理分析》文中研究表明随着我国公路交通事业的发展,国家新建了更多的公路,居民购买了更多的家用汽车,交通荷载引起的环境振动问题也日益突出。在居民区,学校以及道路交叉口,通过设置减速带来控制车速。但是减速带在控制车速的同时,也对路面,车辆,车主带来了不利影响。本文研究分析了车辆通过减速带的振动产生的机理,并提出了水平冲击—竖向振动—竖向撞击的叁阶段模型,并设计试验来对比验证。叁阶段的计算模型大体如下：对于水平冲击和竖向撞击这两个阶段,用叁角荷载来模拟,对于竖向振动阶段,通过结构动力计算,车轮与地面之间的作用力采用动态轴荷载来模拟。然后将这叁个阶段的力分别离散成简谐力,代入土体刚度矩阵中,来计算地表振动的位移峰值。为了检验计算模型的正确性,设计了试验并测量振动信号。试验设置如下：车辆分别以10km-60km(间距为10km)的速度通过减速带,在减速带旁安装仪器,测试地面振动的位移信号,速度信号,加速度信号。为了精确起见,每种情况测试两次。然后将采集的数据进行分析,分析的内容主要包括：车辆前后轮通过减速带的时间间隔；振动峰值(加速度,速度,位移)与车速的关系；叁阶段的各自持续的时间及规律；叁阶段各自产生的振动量大小的规律；理论计算和实际测量的对比。
参考文献：
[1]. 轨道交通引起地面振动的智能分析方法[D]. 邹承明. 武汉理工大学. 2003
[2]. 磁浮列车引起地面振动的数值分析[D]. 贾晓宏. 西南交通大学. 2009
[3]. 地铁列车运行诱发的振动对环境的影响研究[D]. 魏龙. 兰州交通大学. 2016
[4]. 智能分析方法在轨道动力学中的应用研究[D]. 张良涛. 武汉理工大学. 2004
[5]. 运行列车引起建筑物振动的试验研究与数值分析[D]. 蔡超勋. 北京交通大学. 2009
[6]. 青藏线含融化夹层和地下冰冻土路基列车行驶振动响应[D]. 陈士军. 哈尔滨工业大学. 2013
[7]. 轨道交通引起周围建筑物振动研究[D]. 郭江倩. 石家庄铁道大学. 2015
[8]. 冲击荷载作用下自由场地振动分析[D]. 潘南泉. 北京交通大学. 2010
[9]. 高速列车作用下路基振动响应与传播特性的试验研究[D]. 蒋飞. 西南交通大学. 2012
[10]. 车辆通过减速带引起地面振动的机理分析[D]. 张阳阳. 浙江大学. 2011