车桥耦合振动系统的半主动控制法 - 应用力学学报.pdfVIP

第28 卷 第4 期 应 用 力 学 学 报 Vol.28 No.4 2011 年8 月 CHINESE JOURNAL OF APPLIED MECHANICS Aug. 2011 文章编号：1000- 4939(2011) 04-0376-05 车桥耦合振动系统的半主动控制法 1 1 2 黎明安 崔凯 雷霜 (西安理工大学 710054 西安)1 ( 中国南车株洲电力机车有限公司技术中心 412001 株洲)2 摘要：在已研究的车桥耦合振动动力学模型的基础上，针对简支桥梁模型，将车载对桥梁的耦合 作用力看作是外干扰，提出了一种对桥梁的半主动控制模型。根据哈密顿原理推导了控制模型， 发现这种模型自身具有状态反馈的特点；针对四分之一车辆与桥梁耦合振动建立的控制模型，经 过搭建 Simulink 仿真，可以看出该模型对于跨中位移以及耦合力作用点位移振幅的削减幅度达 80%左右，由此说明了半主动控制模型具有良好的控制效果。 关键词：车桥耦合；状态反馈；半主动控制；前振动；后振动；计算机仿真 中图分类号：O326 ；O232 文献标识码： A 1 引 言 车桥耦合系统的振动是一个强耦合的时变参 数激励问题，国内外很多研究者研究了这种耦合 振动的响应问题[1-5] 。当桥梁跨度较大、车速较高时 引起桥梁的前振动和后振动都很大[6-10]，对桥梁的 安全性构成了潜在的威胁。本文在文献[1,11-12]的 基础上分析了一种半主动桥梁控制模型，即在桥 梁下面安装一个控制弹簧和控制阻尼器；当桥梁 上有车载通过时，利用控制弹簧两端点位移差和 阻尼器两端的速度差产生的弹性力和阻尼力，使 得在桥梁中产生两个动态力偶，调整弹簧刚度和 图1 简支桥梁的半主动控制简图 阻尼系数以达到抑制梁振动的目的。 耦合力为 (3) F (m +m ) −k ( y −y ) −c ( y −y ) 2 车桥耦合振动控制数学模型 N 1 2 2 2 2 2 设：梁的长度为l ；截面的弯曲刚度 为常 EI 2.1 车辆、桥梁子系统方程 数；单位长度质量为ρ ；单位长度阻尼系数为μ ； 在耦合力作用点所在的x 截面形心处横向位移为 将车辆和桥梁看成是两个子系统，则车辆子 y (x ,t) 。忽略剪切变形，则梁的动能表达式为 系统的动力学方程为 1 l ∂y 2 T ∫ρ( x)( ) dx (4) m y k ( y =− y ) +c ( y − y ) (1) 0 1 1 1 2 1 1 2 1 2 ∂t (2) 势能