移动载荷作用下囊式浮桥动力响应分析-上海超级计算中心.pdfVIP

54 《高性能计算发展与应用》 2017年第一期 总第五十八期 移动载荷作用下囊式浮桥动力响应分析  王欢欢1，2 杨勋1，2 金先龙1，2 1上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室 上海 200240 2上海交通大学 机械与动力工程学院 上海 200240 摘要： 针对一种新型囊式浮桥，分析了其在移动载荷作用下的动力响应问题。基于ALE方法描述 浮桥周边流体及囊内气体，采用拉格朗日方法描述浮桥结构，并结合罚函数方法实现结构与流 体之间的耦合。通过与以往试验数据的比较，验证了此方法的可行性。建立了囊式浮桥的三维 有限元模型，确定了浮桥的初始平衡位置。在此基础上，模拟了重载卡车在浮桥上的通行过 程。通过比较浮桥中部承重板的位移，研究了载重、速度及拼装间隙等因素对浮桥位移响应的 影响。针对作为浮桥关键结构的囊体，分析了其不同时刻的最大一阶主应力，以及最大应力出 现的位置。研究结果可为这类新型浮桥的设计提供参考依据。 关键词：囊式浮桥，ALE方法，动力响应，移动载荷 浮桥建造的历史十分悠久，相对于固定桥梁， 核，同时也为保证浮桥工作的安全性，研究者们对 其具有结构简单及经济性良好等优点。传统型的浮 移动载荷作用下浮桥的动力响应问题进行了大量的 [13] 桥，多以舟船或浮箱进行搭建。面对现代化的工程 研究。Sedarat等进行了浮桥的非线性动力学分析， 需要，如抢险救灾、快速登陆等突发状况，此类浮 有限元模型为精细三维实体模型，同时对浮桥上导 桥存在一定的不足。为实现快速便捷轻量化搭建， 轨及列车进行了建模，并应用多尺度方法分析了列 [1，2] [14] 囊式浮桥在结构和设计上进行了创新和突破 ，其 车通过时浮桥的动力响应；付世晓等 基于超单元方 实例如图1所示。由于采用空气填充作为浮体的方 法建立了浮桥三维动力响应分析控制方程，研究了 式，其重量已大大降低，并可以快速拼装，能够满 移动载荷作用下非线性连接浮桥的动力响应特性； [15] 足大型装备及车辆的顺利通行。 王丙等 利用传递矩阵法，分别建立了桥节、脚舟和 对于浮桥的研究，早期的研究者们较多的是将 接头的传递矩阵并组装成传递方程，对带式浮桥和 [3-5] [6] 浮桥简化为弹性基础梁进行计算 。Wu等研究了 分置式浮桥在不同荷载移动速度和不同连接接头刚 静水中移动载荷作用下系泊铰接浮桥的动力响应问 度时的动力响应进行了计算，得到了浮桥中部接头 题，其中浮桥被简化为弹性基础梁，系泊系统则采 处的位移和受力时程曲线。 用线性弹簧进行模拟，并通过附加质量来考虑浮桥 [7] 周围水动力的影响；Ertekin等将浮桥简化为二维梁 单元模型，对均匀水流和静态载荷作用下线性连接 的军用浮桥进行了水弹性响应分析。简化梁单元方