申请/专利权人：西南交通大学

申请日：2020-08-06

公开（公告）日：2021-05-07

公开（公告）号：CN111898304B

主分类号：G06F30/23(20200101)

分类号：G06F30/23(20200101);G06F30/13(20200101);G06F119/14(20200101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.05.07#授权;2020.11.24#实质审查的生效;2020.11.06#公开

摘要：本申请涉及一种风车流桥耦合振动分析方法。本申请中，为了真实反映待分析桥梁上车辆的运行行为，并合理模拟风车和车桥相互作用，根据待分析桥梁所在路段中的实际车流运行数据，使用元胞自动机车流模型生成车辆可变速和变道的随机车流，在此基础上构建风车流桥耦合系统，基于分离迭代法对构建的车辆运动方程和桥梁运动方程分别求解，直至车辆和桥梁的几何和力学关系满足预设的收敛条件，最终输出最后一次迭代得到的车辆和桥梁的动力响应。本申请合理考虑了风车流桥耦合系统中车辆的变速和变道现象，有助于准确分析风车流桥系统的耦合振动，从而为桥梁在风和车流联合作用下的运营安全评估以及风环境中车辆过桥的安全性和舒适性评估提供重要基础。

主权项：1.一种风车流桥耦合振动分析方法，其特征在于，包括：获取待分析桥梁所在路段中的实际车流运行数据，根据所述实际车流运行数据，得到车流运行模拟参数；获取所述待分析桥梁所在路段中通行车辆的几何特征和力学特征，根据所述车辆几何特征和力学特征，建立车辆模型，并组集所述车辆的质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵；具体包括：根据所述车辆的几何特征和力学特征，建立车体、车轴和车轮相互之间通过阻尼器和弹性元件连接的模型模拟车辆，并根据所述车辆的几何尺寸，所述车体、车轴和车轮的质量，各阻尼器的阻尼和各弹性元件的刚度组集车辆模型的质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵；获取所述待分析桥梁的几何特性、材料特性和边界特性，根据所述待分析桥梁的几何特性、材料特性和边界特性，建立所述待分析桥梁的三维梁单元有限元模型，并组集所述待分析桥梁的质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵；具体包括：通过空间杆系有限元法建立所述待分析桥梁的三维有限元模型，具体包括：使用空间杆单元模拟所述待分析桥梁的柔性构件；使用空间梁单元模拟所述待分析桥梁的刚性构件；还使用质量单元模拟所述待分析桥梁的附加质量；根据所述待分析桥梁的三维有限元模型中各单元在局部坐标系中的单元质量矩阵、单元刚度矩阵按照自由度编号规律组集获得所述待分析桥梁的质量矩阵和刚度矩阵，并基于瑞利阻尼假定获得所述待分析桥梁的阻尼矩阵；根据所述车流运行模拟参数，基于预先构建的元胞自动机车流模型，生成随机车流运行数据；具体包括：构建周期性桥梁引道系统，模拟所述待分析桥梁所在路段中的车流运行情况；所述周期性桥梁引道系统具体用于在输入所述车流运行模拟参数时生成随机分布的车流，并为车流提供运行空间；根据所述生成的随机分布的车流中各车辆的运行特征和运行环境，按照所述元胞自动机车流模型的规则确定各车辆在每一时间步的运动状态；运行所述元胞自动机车流模型，生成所述随机车流运行数据；根据所述待分析桥梁所在桥位处的实测风场功率谱或经验功率谱，通过谱解法生成所述待分析桥梁所在桥位处的脉动风场；根据所述待分析桥梁的路面粗糙度功率谱密度函数，通过傅里叶逆变换生成所述待分析桥梁的路面粗糙度；构建风车流桥耦合系统，确定所述风车流桥耦合系统的分析总时长和分析步长；根据所述随机车流运行数据计算每一分析步中车辆的位置，根据所述车辆的位置和所述脉动风场计算每一分析步中车辆承受的风荷载，根据桥梁位移、速度数据和所述路面粗糙度计算每一分析步中车辆承受的车桥相互作用力，并计算每一分析步中车辆承受的由车辆惯性力导致的附加俯仰力矩；根据所述脉动风场计算每一分析步中所述待分析桥梁承受的风荷载，根据每辆车的车轮受力平衡条件计算每一分析步中所述待分析桥梁承受的车桥相互作用力，根据所述车辆惯性力计算每一分析步中所述待分析桥梁为平衡所述车辆惯性力承受的摩擦力；根据所述车辆的质量矩阵，刚度矩阵，阻尼矩阵，承受的风荷载，承受的车桥相互作用力和承受的附加俯仰力矩，构建每一分析步中的车辆运动方程；根据所述待分析桥梁的质量矩阵，刚度矩阵，阻尼矩阵，承受的风荷载，承受的车桥相互作用力和承受的摩擦力，构建每一分析步中的桥梁运动方程；所述车辆运动方程用于根据输入的所述车辆承受的车桥相互作用力，风荷载和附加俯仰力矩求解所述车辆的位移、速度和加速度数据；所述桥梁运动方程用于根据输入的所述桥梁承受的车桥相互作用力，风荷载和摩擦力求解所述桥梁的位移、速度和加速度数据；基于分离迭代法，对所述车辆运动方程和所述桥梁运动方程分别使用数值积分法求解，直至车辆与桥梁的几何和力学关系满足预设的收敛条件，输出最后一次迭代得到的车辆和桥梁的动力响应；所述车辆与桥梁的几何和力学关系通过所述车辆和桥梁承受的风荷载和车桥相互作用力表示；所述车辆的动力响应包括：所述车辆的位移、速度和加速度数据；所述桥梁的动力响应包括：所述桥梁的位移、速度和加速度数据。

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权利要求：

百度查询： 西南交通大学 风车流桥耦合振动分析方法及系统

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