[发明专利]一种32米高铁标准简支梁的动挠度监测方法有效

专利信息
申请号: 202110438377.5 申请日: 2021-04-22
公开(公告)号: CN113239481B 公开(公告)日: 2022-03-08
发明(设计)人: 苏伟;李顺龙;王鑫;禚一;邸昊;魏剑峰 申请(专利权)人: 中国铁路设计集团有限公司;哈尔滨工业大学
主分类号: G06F30/17 分类号: G06F30/17;G06F30/23;G01M5/00;G01N3/08;G06F111/10;G06F119/14
代理公司: 哈尔滨龙科专利代理有限公司 23206 代理人: 冯建
地址: 300000*** 国省代码: 天津;12
权利要求书: 查看更多 说明书: 查看更多
摘要:
搜索关键词: 一种 32 米高铁 标准 简支梁 挠度 监测 方法
【权利要求书】:

1.一种32米高铁标准简支梁的动挠度监测方法,其特征在于:包括以下步骤:

步骤1:基于Ansys有限元数值模拟提取桥面轨道线上单位荷载作用下布置在桥梁底板的关键测点的位移影响线和应变影响线,

1.1根据桥梁设计图纸采用Ansys实体单元建立有限元模型,将梁体的设计弹性模量、容重和桥面二期恒载的大小作为修正参数对有限元模型进行修正,满足修正后其第一阶频率与现场动载试验实测的第一阶频率之间的相对误差在2%以内,则认定Ansys有限元模型的力学性能代表实际桥梁,根据现场动载试验计算出桥梁实测的第一阶频率;

1.2对列车上行车道一侧的桥梁不同横断面的两条轨道线上的两个节点分别施加0.5KN的力,提取布置在桥梁底板的所关心桥梁关键测点的位移影响线和应变影响线;

步骤2:建立32米高铁标准简支梁的UM多体动力学模型,设置列车分别以不同的速度行驶过桥梁,设置采样频率,提取桥梁底板各个关键测点的位移与应变时程曲线作为UM数值模拟算法验证的数据集,

2.1在UM多体动力学仿真软件建立包含8节编组的列车,刚体分为轮对、转向架及车体,轮对与转向架之间通过一系悬挂系统连接,转向架与车体之间通过二系悬挂系统连接,通过给定列车初始状态最终完成车-轨系统的建立,按照设计说明在UM多体动力学仿真软件中对桥梁的支座区域施加刚度约束,并根据中国铁路规范标准设置轨道的轨距、轨道重量和轨道谱参数;

2.2在UM多体动力学仿真软件中建立轨道时采用连续弹性基础梁模型,将轨道视为弹性的连续梁,将轨道下的基础在竖向上视为并联线性弹簧阻尼系统联接,在横向上视为串联线性弹簧阻尼系统联接,设置列车分别以不同的速度行驶过桥梁,设置提取数据的采样频率,提取各个关键测点的位移与应变时程曲线作为UM数值模拟算法验证的数据集;

步骤3:基于桥梁两车道列车荷载偏载分布和桥面广义节点外荷载稀疏分布的特点,基于桥梁关键测点的应变影响线采用l1正则化稀疏重构理论反演桥面上具有特定时空分布的等效广义节点外荷载,基于等效广义节点外荷载和关键测点的位移影响线重构全桥位移场,基于凸优化算法对等效广义节点外荷载进行求解,求解过程中利用L形曲线法则确定出最佳正则化参数,

3.1动力荷载作用下考虑结构弹性抗力、荷载冲击力、惯性力、粘滞阻尼力的综合影响,结构的多自由度运动方程表示为:

则作用在结构上的广义节点外荷载表示为:

其中,v代表梁体的竖向位移,p(t)代表作用在桥上的外荷载即列车荷载,Φ矩阵代表关键测点的位移影响线矩阵,m代表质量,c代表阻尼系数,k代表刚度;

3.2列车沿着给定的轨道线在桥上行驶并且其各个车轴独立地作用在桥上,根据公式(2)可得在列车各个车轴作用下引起的关键测点应变响应可以表示为:

其中,εm×1代表τ时刻桥梁m个关键测点位置的应变响应矩阵,Ψm×n代表m个关键测点位置的应变影响线矩阵,其每一行代表某一个关键测点位置的应变影响线,n代表有限元建模时桥梁轨道线沿纵桥向划分单位后生成的节点个数,xn代表某一个关键测点应变影响线上的第n个节点位置坐标,代表τ时刻作用在桥上n个节点位置处的等效广义节点外荷载;

3.3根据所测的桥梁m个关键测点位置的应变响应矩阵和l1正则化稀疏重构理论重构m个关键测点位置的等效广义节点外荷载,其目标函数可以表示为:

其中,α代表正则化系数,δ为采用等效广义节点外荷载重构应变响应时控制的相对误差大小,基于凸优化算法求解出等效广义节点外荷载的估计值求解过程中采用L形曲线法则确定出最佳正则化参数,根据重构的等效广义节点外荷载的估计值预测m个关键测点位置的位移:

同理,ΦM×n代表M个关键测点位置的位移影响线矩阵,其每一行代表某一个关键测点位置的位移影响线,其中代表τ时刻预测的桥梁M个关键测点位置的位移响应矩阵;

步骤4:采用UM数值模拟数据集和联调联试动载试验数据集,计算重构的时程位移向量与理论或者实测的时程位移向量之间的相对误差百分比来衡量误差大小从而验证本发明算法的准确性,

4.1采用UM数值模拟数据集,基于等效广义节点外荷载和关键测点的位移影响线重构全桥位移场,采用相对误差百分比RPEi(i=1,2…m)来衡量各个关键测点重构的时程位移向量与理论或者实测的时程位移向量之间的误差大小:

其中,vpre为重构的时程位移向量,vreal为理论的时程位移向量。

下载完整专利技术内容需要扣除积分,VIP会员可以免费下载。

该专利技术资料仅供研究查看技术是否侵权等信息,商用须获得专利权人授权。该专利全部权利属于中国铁路设计集团有限公司;哈尔滨工业大学,未经中国铁路设计集团有限公司;哈尔滨工业大学许可,擅自商用是侵权行为。如果您想购买此专利、获得商业授权和技术合作,请联系【客服

本文链接:http://www.vipzhuanli.com/pat/books/202110438377.5/1.html,转载请声明来源钻瓜专利网。

×

专利文献下载

说明:

1、专利原文基于中国国家知识产权局专利说明书;

2、支持发明专利 、实用新型专利、外观设计专利(升级中);

3、专利数据每周两次同步更新,支持Adobe PDF格式;

4、内容包括专利技术的结构示意图流程工艺图技术构造图

5、已全新升级为极速版,下载速度显著提升!欢迎使用!

请您登陆后,进行下载,点击【登陆】 【注册】

关于我们 寻求报道 投稿须知 广告合作 版权声明 网站地图 友情链接 企业标识 联系我们

钻瓜专利网在线咨询

周一至周五 9:00-18:00

咨询在线客服咨询在线客服
tel code back_top