軌道不平整效應之實驗與模擬

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姓名

伍華永(Hwa-yung Wu) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

軌道不平整效應之實驗與模擬
(Experimental & Numerical Analyses on Vehicle-Bridge Interaction with Track Vertical Irregularity)

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摘要(中)

本研究以實驗為主，配合數值模擬探討車橋互制問題，以及軌道有微小平滑不平整時的物理現象。在實驗室建立一安裝軌道的模型橋梁和包含一懸吊裝置的滑車，量測滑車在不同行駛下速度，橋梁速度和位移反應，以及車體速度和加速度反應。並且讓軌道有一垂向不平整，探討不同重量的滑車經過此一不平整時，對車體還有橋梁的振動反應。並且搭配商用數值軟體LS-DYNA建立車-橋互制行為的動力分析模型，並且考慮輪軌接觸，將其結果與實驗數據做核對，改進模型的建立。研究結果顯示，以LS-DYNA來模擬軌道垂向平滑不平整的行為，可以得到不錯的結果，可以繼續朝向對軌道水平向不平整的探討。

摘要(英)

In this thesis, the vehicle-bridge interaction problem with small and smooth track irregularity in vertical direction is studied by experimental and numerical analyses. The experimental structure is set up in the laboratory, including a bridge model with tracks and a car model with suspension system. The velocity and deformation of the bridge model and velocity and acceleration of the car model are measured when the car model passes in different velocities through the bridge structure. The dynamic responses in the all models were also measured when the car model in several different weights passed though the bridge model with a vertical irregularity; and the numerical model included wheel/track contact was established by LS-DYNA code. The results from experiments are compared with the results of numerical analyses. Numerical results reveal that the LS-DYNA can simulate well the dynamic performance measured from the experiment. The dynamic performance of the car passing a lateral irregularity should be carried on in the future study.

關鍵字(中)

★ 軌道水平向不平整
★ 軌道垂向不平整
★ 輪軌接觸
★ 車橋互制

關鍵字(英)

★ LS-DYNA
★ lateral irregularity
★ vertical irregularity
★ wheel/track contact
★ Vehicle-Bridge Interaction

論文目次

目錄
第一章導論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機 2
1.3 研究方式 3
1.4 研究內容 3
第二章文獻回顧 6
2.1 前言 6
2.2 傳統理論分析方法 6
2.3 近代數值分析方法 7
2.4 實驗與數值模擬 8
第三章實驗規劃與結果 10
3.1車橋系統模型之建立 10
3.1.1 橋梁模型 10
3.1.2 軌道模型 14
3.1.3 車輛模型 16
3.2 量測儀器之介紹 17
3.2.1資料擷取系統 17
3.3實驗配置 18
3.3.1 實驗目的 18
3.3.2 儀器佈置 18
3.3.3實驗配置 21
3.3.4 實驗流程 22
3.4量測結果 22
第四章有限元素數值模型介紹與模擬結果 29
4.1 LS-DYNA 求解運動方程式之簡介 29
4.1.1 中央差分法 29
4.1.2 中央差分法的穩定性 31
4.2 有限元素模型之建立 33
4.2.1 橋梁模型 33
4.2.2 軌道模型 34
4.2.3軌道不平整的設定 34
4.2.4 車輛模型 35
4.2.5 車輛速度的給定 36
4.3 輪軌接觸的設定之簡介 36
4.4 模擬結果 39
4.5 量測結果和模擬結果之比較 46
第五章結論與展望 51
5.1 結論 51
5.2 展望 52
参考文獻 53

參考文獻

1. 蔡浚廷，車橋互制行為之模型實驗及分析，國立中央大學土木工程學系(2005)
2. Fryba, L., Vibration of Solids of Structures Under Moving Load.
Noordhoff International Publishing (1972).
3. 姚忠達、楊永斌，高速鐵路車-橋互制理論，圖文技術服務有限公司(2000)
4. Kim Chul Woo, Mitsuo Kawatani, Kim Ki Bong, “Three-dimensional Dynamic Analysis For Bridge-vehicle Interaction with Roadway Roughness”.
5. De Roeck G., and MAECK J & TEUGHELS A, “Validation of Numerical Models By Experiment on a High-Speed Railway Bridge in Antoing”.
6. J. Maeck, De Roeck G. “Experimental and numerical modal analysis of a concrete high speed train railway bridge”, Proceedings of MCCI’2000 International Symposium on Modern Concrete Composites & Infrastructures, Volume 2, pp.61-68, Beijing, China, November 2000
7. Xia, H., and Zhang, N., and De Roeck G., “Dynamic Analysis of High Speed Railway Bridge Under Articulated Trains”, Computers & Structure, Vol 81, pp.2467-2478(2003).
8. Xia, H., and De Roeck,G., and Zhang, H.R., and Zhang, N., “Dynamic Analysis of Train-bridge System and Its Application in Steel Girder Reinforcement”, Computers & Structure, Vol. 79,pp.1851-1860(2001)
9. Rail Accident Report,“Derailment of Amtrak Auto Train P052-18 on the CSXT Railroad Near Crescent City, Florida April 18”, 2002, National Transportation safety Board.
10. 李海濤, 「軌道車輛動力系統特性的非穩態數據分析」，鐵道科學研究院，中國大陸(2007).
11. Hallquist John O., LS-DYNA THEORETICAL MANUAL(1998)
12. Chopra Anil K., Dynamics of Structures.(1995)
13. LS-DYNA Keyword Users Manual(2003)

指導教授

王仲宇(Chung-yue Wang)

審核日期

2011-9-27

推文