天然和饱水红砂岩三轴压缩蠕变变形试验研究

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作者 刘桃根 胡凯 +1 位作者 李玲 王伟 《三峡大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2025年第1期9-15,共7页

蠕变特性和长期强度是红砂岩地区岩体工程安全评价的关键要素,饱水软化效应对红砂岩蠕变特性和长期强度具有重要影响.采用全自动岩石三轴压缩伺服流变仪,开展天然与饱水红砂岩的三轴压缩试验和三轴压缩蠕变试验.试验结果表明:峰值强度... 蠕变特性和长期强度是红砂岩地区岩体工程安全评价的关键要素,饱水软化效应对红砂岩蠕变特性和长期强度具有重要影响.采用全自动岩石三轴压缩伺服流变仪,开展天然与饱水红砂岩的三轴压缩试验和三轴压缩蠕变试验.试验结果表明:峰值强度、弹性模量和蠕变破坏应力因饱水软化效应而降低,围压对其降幅有削弱作用,蠕变破坏应力与峰值强度的比值在0.75~0.98之间;饱水软化效应能增强蠕变瞬时变形,减弱蠕变变形及蠕变应变速率;环向应变比轴向应变更早进入稳态蠕变阶段和加速蠕变阶段;稳态蠕变速率与偏压的变化关系符合指数函数关系;长期强度因饱水软化作用而降低,却因围压增加而增大,长期强度与峰值强度的比值在0.62~0.92之间;裂纹损伤应力与长期强度相差较大,裂纹损伤应力视为长期强度有待进一步考究. 展开更多

关键词 红砂岩 蠕变特性 长期强度 饱水软化效应 裂纹损伤应力

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基于高斯展开法的钢轨-双声学黑洞压电梁俘能特性研究

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作者 杨舟 冯青松 +2 位作者 邓杰 张凌 贺辉 《振动工程学报》 北大核心 2025年第5期1002-1015,共14页

声学黑洞效应通过减缓结构中弹性波的传播并抑制边界反射,为振动能量回收提供了思路。设计了一种用于铁路轨道系统的双声学黑洞压电梁俘能装置,基于能量泛函变分原理与高斯展开法构建了钢轨-俘能装置的力-电耦合半解析模型,并经有限元... 声学黑洞效应通过减缓结构中弹性波的传播并抑制边界反射,为振动能量回收提供了思路。设计了一种用于铁路轨道系统的双声学黑洞压电梁俘能装置,基于能量泛函变分原理与高斯展开法构建了钢轨-俘能装置的力-电耦合半解析模型,并经有限元模拟验证。结合列车荷载条件,系统分析了能量回收特性及其关键影响因素,包括黑洞几何参数和端部附加质量。结果表明:在0~1500 Hz频率范围内形成四个主要能量回收频带,最大输出电压为4.83 V,回收效率达2.23%。当压电片长度与结构弯曲波半波长匹配时回收性能最优,增强黑洞效应或合理配置附加质量可显著提升能量回收效率。 展开更多

关键词 能量回收 高斯展开法 铁路轨道 双声学黑洞压电梁 动态轮轨力

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基于冲击应力阻滞理念下砂土-玻璃钢格栅复合垫层棚洞数值仿真与试验研究

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作者 王星 何雄飞 +2 位作者 黎盼 梅华 胡朝霞 《重庆交通大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第5期52-58,共7页

针对危岩落石冲击棚洞防护结构问题,采用室内试验及数值仿真方法,探究落石冲击作用下砂土-玻璃钢格栅复合垫层棚洞受力及变形规律。研究结果表明:相较于纯砂土垫层棚洞,新型棚洞顶板冲击荷载分布更为均匀,后者顶板应力峰值为纯砂土垫层... 针对危岩落石冲击棚洞防护结构问题,采用室内试验及数值仿真方法,探究落石冲击作用下砂土-玻璃钢格栅复合垫层棚洞受力及变形规律。研究结果表明:相较于纯砂土垫层棚洞,新型棚洞顶板冲击荷载分布更为均匀,后者顶板应力峰值为纯砂土垫层的69.9%,板腹位移是砂土垫层的76.6%。为进一步验证新型棚洞结构防护效果,构建与现场棚洞尺寸一致的计算模型,结果显示:新型棚洞顶板腹部单元冲击应力峰值为砂土垫层的44.4%,顶板腹部位移峰值为砂土垫层的65.3%,砂土-玻璃钢格栅复合垫层对落石冲击应力具备明显的阻滞作用,极大避免了顶板腹部中心的受力集中状态,降低了顶板腹部应力及位移峰值,大幅提升了棚洞顶板抗落石冲切安全系数。 展开更多

关键词 隧道工程 落石冲击 棚洞顶板 玻璃钢格栅 复合垫层 室内试验 数值仿真

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珍珠棉颗粒土垫层与砂土垫层的力学性能比较

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作者 王星 涂鹏 +2 位作者 黄帅 聂亚伟 胡朝霞 《深圳大学学报(理工版)》 北大核心 2025年第3期273-280,I0005,共9页

为探究珍珠棉(expandable polyethylene,EPE)颗粒土缓冲垫层的耗能减震特性,构建1∶10几何相似比例的室内试验模型,进行EPE颗粒土垫层冲击试验.棚洞顶板上部分别铺设砂土和EPE颗粒土垫层,以5.52 kg铁球在0.8 m高度通过自由落体方式进行... 为探究珍珠棉(expandable polyethylene,EPE)颗粒土缓冲垫层的耗能减震特性,构建1∶10几何相似比例的室内试验模型,进行EPE颗粒土垫层冲击试验.棚洞顶板上部分别铺设砂土和EPE颗粒土垫层,以5.52 kg铁球在0.8 m高度通过自由落体方式进行冲击,揭示两种垫层情况下棚洞结构的响应机制.结果表明,相较于砂土垫层工况,EPE颗粒土垫层工况的顶板腹部中心应力峰值降低了25.07%,立柱压应力降低了59.37%.分别构建与试验呈1∶1的光滑粒子流体动力学模型和有限元模型,数值计算结果表明:相较于砂土垫层工况,EPE颗粒土垫层工况的顶板中心应力降低了25.59%,顶板中心位移峰值降低了22.22%,立柱压应力降低了42.02%,加速度降低了21.84%.通过实际工程模拟结果得出,EPE颗粒垫层工况下顶板腹部中心应力峰值比砂土垫层工况降低了20.56%,落石加速度峰值降低了26.01%,EPE颗粒土垫层的缓冲减震效果明显.研究成果可为隧道洞口危岩防护结构设计提供理论支撑. 展开更多

关键词 结构工程 落石冲击 缓冲垫层 珍珠棉颗粒土 砂土垫层 模型试验

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地震作用下调谐黏滞质量阻尼器阻尼比增效效应与优化设计研究 被引量：1

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作者 贺辉 郝霖霏 +2 位作者 谭平 游春华 向越 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第5期812-821,共10页

调谐黏滞质量阻尼器(Tuned Viscous Mass Damper,TVMD)是一种有效的被动惯容减震装置,本文针对地震作用下建筑结构TVMD阻尼比增效效应与优化设计展开研究。将TVMD对结构自身阻尼耗能功率的控制效果归纳为TVMD等效附加阻尼比,并基于随机... 调谐黏滞质量阻尼器(Tuned Viscous Mass Damper,TVMD)是一种有效的被动惯容减震装置,本文针对地震作用下建筑结构TVMD阻尼比增效效应与优化设计展开研究。将TVMD对结构自身阻尼耗能功率的控制效果归纳为TVMD等效附加阻尼比,并基于随机振动理论推导了等效附加阻尼比的理论表达式。为了使TVMD更具实际应用价值,TVMD理论上应取得比同阻尼系数的黏滞阻尼器(VD)更大的等效附加阻尼比,这一现象定义为TVMD阻尼比增效效应,并定义了阻尼比增效系数来量化评估阻尼比增效效应。将等效附加阻尼比和阻尼比增效系数均作为优化目标,提出了TVMD最优设计参数理论解。参数分析结果表明,本文解具有良好的稳定性和适用性,为了更高效地发挥阻尼比增效效应,推荐TVMD质量比不超过0.3或阻尼比不超过0.1。以某七层标准钢框架结构作为工程算例展示了TVMD设计流程,并验证了本文解的有效性和优越性。算例分析结果表明,使用本文解设计TVMD能显著放大其阻尼元件变形,表现出了理想的阻尼比增效效应。与传统解相比,本文解还具有另一个明显优势,即保证TVMD的减震效果优于同阻尼系数的VD,不存在减震效率问题。 展开更多

关键词 调谐黏滞质量阻尼器 阻尼比增效效应 等效附加阻尼比 理论解

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铁路粗粒土填料蠕变及颗粒破碎特性试验研究 被引量：1

6

作者 王启云 康健 +3 位作者 张丙强 魏心星 肖南雄 项玉龙 《铁道标准设计》 北大核心 2024年第7期70-77,共8页

粗粒土被广泛用作铁路路基填料,其蠕变特性对路基的长期沉降与服役性能有重要影响。利用自制粗粒土填料单元模型试验系统,开展系列二维蠕变试验,探索竖向应力、降雨入渗等因素对蠕变及颗粒破碎的影响;试验后对试样进行颗粒分析,据此建... 粗粒土被广泛用作铁路路基填料,其蠕变特性对路基的长期沉降与服役性能有重要影响。利用自制粗粒土填料单元模型试验系统,开展系列二维蠕变试验,探索竖向应力、降雨入渗等因素对蠕变及颗粒破碎的影响;试验后对试样进行颗粒分析,据此建立能同时考虑降雨入渗量、破碎率Bg和荷载的双曲线蠕变预测模型,并且基于确定的静力荷载分布模式及含水率分布公式,建立了粗粒土路基蠕变变形分析模型,分析不同轨道型式条件的路基蠕变变形。结果表明,在50~300 kPa荷载作用下,粗粒土填料蠕变稳定后应变为0.05%~0.101%,且呈衰减型增长趋势;在蠕变过程中颗粒破碎以大粒径颗粒破裂为主、研磨为辅,降雨入渗导致粗粒土填料的颗粒破碎,粒径发生改变;粒组含量的变化总量随荷载增大而显著增大,随降雨入渗强度增加呈先迅速增加而后缓慢增加的趋势;蠕变预测模型计算值与试验值较为吻合,降雨入渗引起路基蠕变变形增幅可以达到80%。研究结果可为高速铁路粗粒土路基变形分析提供参考。 展开更多

关键词 铁路路基 粗粒土 蠕变 颗粒破碎 模型试验 降雨入渗

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砂土-高密度海绵垫层棚洞力学特性研究

7

作者 王星 王帅帅 +2 位作者 黄帅 梅华 胡朝霞 《重庆交通大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期16-24,共9页

依托某隧道洞口工程,探究更为有效的落石冲击防护结构,采用1∶10几何相似模型试验与LS-DYNA数值计算方法,揭示落石冲击作用下砂土-高密度海绵复合垫层力学响应机理。模型试验结果表明:添加3、6 cm高密度海绵构成复合垫层,顶板腹部中心... 依托某隧道洞口工程,探究更为有效的落石冲击防护结构,采用1∶10几何相似模型试验与LS-DYNA数值计算方法,揭示落石冲击作用下砂土-高密度海绵复合垫层力学响应机理。模型试验结果表明:添加3、6 cm高密度海绵构成复合垫层,顶板腹部中心应力峰值由1.71 MPa依次下降至0.75、0.24 MPa,降幅为55.90%、86.43%。与试验等比数值计算结果表明:添加3、6 cm海绵构成复合垫层,顶板腹部中心应力峰值由1.13 MPa降至0.57、0.22 MPa,降幅可达49.73%、80.35%。实际工况数值计算结果表明:复合垫层棚洞应力水平大幅降低,板内应力整体较均匀且中心位置应力集中状态已基本消除,应力曲线已由纯砂土垫层的折线形式变化为波浪式,应力峰值由5.63 MPa降至1.77 MPa,降幅可达68.56%。位移峰值由-3.08 mm降至-2.51 mm,加速度峰值由514 m/s 2降至445 m/s 2。 展开更多

关键词 隧道工程 落石冲击 防护结构 砂土-海绵垫层 模型试验 LS-DYNA

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堵塞效应下隧道火灾临界风速研究 被引量：4

8

作者 赵香玲 梅华 王丰仓 《消防科学与技术》 CAS 北大核心 2022年第11期1491-1496,共6页

为获取更为准确的隧道火灾临界风速算法,考虑火源阻塞比φ_(1)、火源上游处阻塞比φ_(2)均为0、0.23、0.41、0.64,选取了1.6,3.2,9.3 kW三种火源热释放率,通过正交数值试验计算了48种阻塞工况的临界风速值,推导了单纯火源阻塞、单纯火... 为获取更为准确的隧道火灾临界风速算法,考虑火源阻塞比φ_(1)、火源上游处阻塞比φ_(2)均为0、0.23、0.41、0.64,选取了1.6,3.2,9.3 kW三种火源热释放率,通过正交数值试验计算了48种阻塞工况的临界风速值,推导了单纯火源阻塞、单纯火源上游阻塞、火源与上游同时阻塞时临界风速无量纲修正算法。研究结果表明:无论是增加火源处阻塞比还是加大火源上游阻塞比,临界风速值都会逐步减小,火源处阻塞对临界风速的影响更大。火源热释放率增加,临界风速也不断增大。仅火源处阻塞时,临界风速与(1-φ_(1))^(2/3)成正比。仅火源上游阻塞时,临界风速与(1-φ_(2))^(1/3)成正比。火源与上游同时阻塞时,临界风速与(1-φ_(1))^(2/3)(1-φ_(2))^(1/3)成正比。 展开更多

关键词 隧道火灾 临界风速 堵塞效应 数值计算

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随机地震作用下TMD等效附加阻尼比研究 被引量：4

9

作者 贺辉 谭平 +2 位作者 林松伟 向越 兰李 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2022年第1期107-115,共9页

针对随机地震作用下TMD给结构提供的附加阻尼比展开研究。随机地震动采用过滤白噪声Kanai-Tajimi功率谱模型,并将Kanai-Tajimi功率谱模型描述的场地过滤效应表示成传递函数形式,进而推导出结构相对于基岩的位移动力放大系数。然后,结合S... 针对随机地震作用下TMD给结构提供的附加阻尼比展开研究。随机地震动采用过滤白噪声Kanai-Tajimi功率谱模型,并将Kanai-Tajimi功率谱模型描述的场地过滤效应表示成传递函数形式,进而推导出结构相对于基岩的位移动力放大系数。然后,结合SRSS方法,以结构位移响应均方值作为评价准则,提出了随机地震作用下TMD提供给结构任意阶模态的等效附加阻尼比理论公式。最后,以某景观塔作为工程算例展示了TMD等效附加阻尼比的求解流程,并验证了该等效附加阻尼比公式的有效性。算例分析结果表明,使用等效附加阻尼比指标来评估TMD减震性能是合理有效的,且使用推导的TMD等效附加阻尼比理论公式能更准确地评估TMD对结构位移响应的控制效果。 展开更多

关键词 随机地震 Kanai-Tajimi功率谱 调谐质量阻尼器 等效附加阻尼比

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碳封存砂岩储层的孔隙迂曲度分形特征研究 被引量：2

10

作者 向雷 王惠民 +4 位作者 盛金昌 罗玉龙 詹美礼 陶锴 田佳丽 《高校地质学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期120-127,共8页

目前“双碳”减排的背景下,砂岩咸水层是最具潜力的二氧化碳封存介质,其孔隙结构特征决定了流体的运移及封存效率,对其进行研究具有重要的科学意义。分形维数常用于定量表征砂岩孔隙结构在三维空间中的分布规律,但以往对砂岩孔隙迂曲度... 目前“双碳”减排的背景下,砂岩咸水层是最具潜力的二氧化碳封存介质,其孔隙结构特征决定了流体的运移及封存效率,对其进行研究具有重要的科学意义。分形维数常用于定量表征砂岩孔隙结构在三维空间中的分布规律,但以往对砂岩孔隙迂曲度分形特征进行研究时,多依赖于孔隙率、平均孔隙半径、平均迂曲度等特征值计算分形维数,并不能很好的反映岩石孔隙排列分布及孔隙连接的非均质性。文章将砂岩孔隙结构概化为具有迂曲度的毛细管,首先通过核磁共振成像(MRI)技术获取岩石片层图像,以盒维数法获得孔径分布分形维数;随后以孔径分布分形维数为目标值,结合不同迂曲度下的毛细管数量与孔径的分形标量关系,迭代计算迂曲度分形维数。与传统的分形维数计算方法相比,该研究确定的迂曲度分形维数更能体现岩石内部不同孔隙排列方式引起的迂曲度差异。 展开更多

关键词 砂岩 核磁共振 迂曲度 分形理论

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水-力作用下红砂岩多裂纹宏-微观断裂机理研究

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作者 沈晴晴 饶秋华 +1 位作者 易威 孙栋良 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期4701-4711,共11页

在深部开采工程中,裂隙岩石在水-力作用下容易发生起裂、扩展而导致失稳破坏。针对目前关于水-力作用下多裂纹断裂机理大多为定性研究而缺乏相关定量研究的问题,基于水-力作用下多裂纹扩展准则预测水-力作用下含双裂纹红砂岩的扩展过程... 在深部开采工程中,裂隙岩石在水-力作用下容易发生起裂、扩展而导致失稳破坏。针对目前关于水-力作用下多裂纹断裂机理大多为定性研究而缺乏相关定量研究的问题,基于水-力作用下多裂纹扩展准则预测水-力作用下含双裂纹红砂岩的扩展过程和断裂模式,并通过开展含不同相对位置非等长非平行双裂纹的红砂岩长方体试样的水-力作用双轴压缩断裂试验和断口扫描电镜试验,研究裂纹几何参数和外载条件对多裂纹应力-应变曲线及扩展轨迹的影响规律,揭示水-力作用双轴压缩下岩石多裂纹宏-微观断裂机理。研究结果表明:对于水-力作用双轴压缩下含双裂纹的红砂岩试件,当裂纹相对倾角和相对垂直间距减小(或增大)且减小(或增大)幅度越大时,峰值荷载均随之减小(或增加)且减小(或增加)幅度也越大。对于任意相对位置的双裂纹,水力裂纹总是先起裂,天然裂纹一般后起裂或不起裂;断裂机理多为Ⅱ型(剪切)断裂,裂尖断口亦可观察到强烈的剪切断裂特征;增加水平侧压可抑制Ⅰ型断裂而促进Ⅱ型断裂。预测结果和试验结果吻合较好,验证了水-力作用多裂纹扩展准则。研究成果可为深部岩体工程的强度计算、止裂控制和安全评估等提供重要的理论和现实依据。 展开更多

关键词 水-力作用 脆性岩石 多裂纹 宏-微观 断裂机理

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吊装重物脱钩后承重索的跳跃振动分析

12

作者 许斌林 郭范波 +1 位作者 何根 田仲初 《振动与冲击》 2025年第16期79-89,共11页

缆吊系统在吊装过程中由于吊钩突然跳舌或断裂会导致重物脱钩坠落,从而会使承重索产生跳跃振动,针对这类多跨连续悬索结构的跳跃振动问题,仍有待探究。为此,首先,基于单跨索随时间变化的振动规律与多跨连续索相同的原则,将承重索在支承... 缆吊系统在吊装过程中由于吊钩突然跳舌或断裂会导致重物脱钩坠落,从而会使承重索产生跳跃振动,针对这类多跨连续悬索结构的跳跃振动问题,仍有待探究。为此,首先,基于单跨索随时间变化的振动规律与多跨连续索相同的原则,将承重索在支承处进行切分,使其成为多个单跨索结构,从而建立各单索结构的振动微分方程;其次,根据各单跨索结构的动态平衡和变形协调原则,推导了承重索含固有频率的特征方程和振型函数;然后,以脱钩前的位置为初速条件,构建了重物突然脱钩后的滑动-跳跃模型,建立了承重索的主振动式和自由振动式;最后,结合梅溪河特大桥施工用的缆吊系统进行分析。结果表明:重物脱钩后,前3个周期内承重索频率和幅值随时间增加逐渐减少,从而产生了跳跃式振动,后面承重索频率开始趋于稳定,且1阶振动波形起主导作用,各点均是以相同的姿态进行简谐振动;吊重质量的变化不会改变承重索的非线性运动形式,但是会明显影响非线性振动频率和幅值;通过对主振动特征变化规律进行分析,发现缆吊系统的最不利脱钩位置位于十分点、二分点和四分点处。 展开更多

关键词 缆索吊装系统 脱钩 多跨连续索 主振动 跳跃振动

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基于多级减震+强支撑理念的拼装式危岩防护结构研究

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作者 王星 黄帅 +2 位作者 聂亚伟 梅华 胡朝霞 《重庆交通大学学报(自然科学版)》 2025年第8期50-58,共9页

为探究施工效率及安全系数更高的危岩防护结构,联合采用了数值模拟及室内试验方法,从定性及定量两方面验证了数值计算软件可靠性。基于多级减震+顶板强支撑理念,构建了一种新型拼装式钢棚洞。由砂土+EPE+发泡橡胶构成复合垫层,棚洞顶板... 为探究施工效率及安全系数更高的危岩防护结构,联合采用了数值模拟及室内试验方法,从定性及定量两方面验证了数值计算软件可靠性。基于多级减震+顶板强支撑理念,构建了一种新型拼装式钢棚洞。由砂土+EPE+发泡橡胶构成复合垫层,棚洞顶板由空心钢板+泡沫混凝土组成,顶板腹部布设矩阵式钢支撑件进行强支撑,立柱与顶板间设置减震橡胶支座。研究结果表明:当落石以16、20、24 m/s速度冲击钢棚洞时,板腹中心峰值应力分别为28.54、34.71、40.92 MPa,峰值位移依次为15.83、15.92、16.04 mm,防护结构处于安全范围内。EPE、发泡橡胶垫层中心单元应力约维持于0.3、0.5 MPa,复合垫层耗能减震效果优越。矩阵式钢支撑件受力作用明显,冲击过程中峰值应力达到60.0 MPa左右。橡胶支座的非刚性使其受力变化曲线整体呈三角形变化趋势,支座内部应力约可达5.0 MPa。 展开更多

关键词 岩土工程 危岩冲击 钢棚洞 拼装式 多级减震 模型试验 数值模拟

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梯形轨枕轨道振动带隙及振动波传播研究

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作者 冯青松 梁炜诗 +1 位作者 杨舟 张凌 《铁道科学与工程学报》 2025年第8期3493-3503,共11页

在现代城市交通系统中,地铁作为一种高效、快捷的公共交通方式,其运行过程中乘客的舒适度受到了广泛关注。为了提升舒适度,设计出更有效且更有针对性的减隔振措施,以地铁典型轨道形式梯形轨枕作为研究对象,探究梯形轨道结构振动波传播... 在现代城市交通系统中,地铁作为一种高效、快捷的公共交通方式,其运行过程中乘客的舒适度受到了广泛关注。为了提升舒适度,设计出更有效且更有针对性的减隔振措施,以地铁典型轨道形式梯形轨枕作为研究对象,探究梯形轨道结构振动波传播及带隙特性。基于能量泛函变分原理建立梯形轨道分析模型,通过COMSOL仿真软件对比自振特性结果验证该模型的正确性与可靠性。在此分析模型基础上进行频散计算得到带隙,再通过能量法研究梯形轨道振动波传播情况,结合振动传递率结果探究轨道结构内振动波的衰减能力。通过研究轨道结构振动竖向传递特性,揭示各阶带隙内振动波在梯形轨道中的传播路径。研究结果表明,在0~200 Hz范围内,梯形轨道存在5阶带隙,且振动衰减域与带隙频段相对应,加以验证了频散计算的准确性。梯形轨道各阶带隙内振动波传播存在分层传递现象,1阶带隙范围内振动直接传至下部基础,2阶带隙范围内振动在钢轨中传播,3~5阶带隙范围内振动在轨枕中传播,其余通带频段范围内振动均在钢轨中传播。研究成果可为梯形轨道的减隔振设计提供理论参考,对引入有效的低频减振措施,缓解环境振动问题提供更多思路。 展开更多

关键词 梯形轨枕轨道 能量泛函变分 振动波 带隙 低频振动

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