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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:施柔依
研究生(外文):Jou-Yi Shih
論文名稱:向量式有限元運用於車軌橋互制數值模擬分析
論文名稱(外文):Vehicle-track-bridge interaction Analysis by the Vector FormIntrinsic Finite Element Method
指導教授:王仲宇
指導教授(外文):Chung-Yue Wang
學位類別:碩士
校院名稱:國立中央大學
系所名稱:土木工程研究所
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2010
畢業學年度:98
語文別:中文
論文頁數:177
中文關鍵詞:向量式有限元車軌互制移動荷載移動車輛車軌橋互制車橋互制
外文關鍵詞:moving loadrail contact forcevehicle-rail-bridge interactionmoving vehicleVector Form Intrinsic Finite Element method
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本研究旨在發展一套能模擬車軌橋互制動力行為的程式,藉此程式可以分析車輛系統、軌道系統、橋梁系統的動力反應。本研究一共建立了六種車輛模型,由簡單到複雜,鋼軌以及橋梁則都是用向量式有限元(Vector Form Intrinsic Finite Element,VFIFE, V-5)中的三維剛架元元素模擬,因此本程式可在三維空間建立模型。並利用合理之等效勁度模擬有碴軌道,除此之外更考慮了輪軌介面不平順的效應進去。本研究將車軌橋系統分成三大部分討論,第一個部分為車輛系統,第二個部分為軌道系統,第三部份為橋梁系統,三大部分中的鋼軌以及橋梁系統皆利用向量式有限元計算,而軌道系統中包含扣件以及基礎等本研究皆會利用彈簧阻尼模擬之,而上部的車輛系統則藉由矩陣計算,由於三大系統為獨立求解,因此計算簡單,並且藉由與文獻比對,證實本程式能有效模擬車軌橋互制的動力反應,由車橋互制中的移動荷載移動車輛,到車軌互制的移動荷載移動車輛,到最後的車軌橋互制,由數值算例分析結果顯示,本車軌橋互制程式能有效模擬車軌橋互制之非線性動力行為,而且方法相當簡單不需任何龐大矩陣求解與迭代方法。
This research develops a two-dimensional computation code to investigate the vehicle-track-bridge interaction behaviors. The Vector Form Intrinsic Finite Element (VFIFE) method that is capable to do the nonlinear, large deformation and dynamic analysis of solids and structures is adopted to model the behaviors of the railway structure. The particle dynamics algorithm within the VFIFE method does not require solving any vehicle-track interaction matrix. Hence, it is capable to versatile of nonlinear dynamic problems like the motion behaviors of carriages derailment due to the large deformation or failure of the train and the vehicle-track-bridge system under extreme wind, fluid and earthquake excitations. This research divided the analysis of vehicle-track-bridge system into three parts, firstly is the modeling of the six types of vehicle systems, secondly is the theorems and modeling of the rail and bridge system, and thirdly is the algorithms of vehicle-track- bridge interaction analysis. In the proposed analysis method, the responses of train, rail and bridge systems are solved independently at each time step. The interaction among these three systems is tacking into account by using some outputs in the previous time step as the inputs of the current time step. Small time step size is required to pay for this simplification of interaction analysis. Numerical examples demonstrate that the analysis method proposed in this study can effectively and accurately analyze the nonlinear, dynamic behaviors of the vehicle-track-bridge system.
摘要 ............ ................................................................................................................. i
誌謝 ............................................................................................................................ iii
目錄 ............................................................................................................................ iv
表目錄 ........................................................................................................................ vi
圖目錄 ....................................................................................................................... vii
第一章 前言 ............................................................................................................. 1
1.1 研究背景 .............................................................................................................. 1
1.2 研究目的 .............................................................................................................. 3
1.3 傳統分析模式 ...................................................................................................... 4
1.4 文獻回顧 .............................................................................................................. 5
1.5 研究方法 ............................................................................................................ 7
第二章 車輛系統分析模型 ..................................................................................... 8
2.1 車輛系統介紹 ................................................................................................... .11
2.2.1 車輛系統結構之介紹 ..................................................................................... 11
2.2.2 各國之車輛介紹 ............................................................................................. 14
2.2 車輛模型 .......................................................................................................... ..18
2.2.1 單層車輛模型 ....................................................................................... ……..18
2.2.2 雙層車輛模型 ....................................................................................... ……..19
2.2.3 考慮車廂轉動效應之車輛模型 ..................................................................... 23
2.2.4 客車模型 ............................................................................................... ……..25
2.3.5 貨車模型 ............................................................................................... ……..29
2.3.6 機動車模型 ........................................................................................... ……..32
第三章 橋梁軌道系統分析模型 ............................................................................36
3.1 軌道系統 .......................................................................................................... ..36
3.1.1 軌道系統之介紹 ................................................................................... ……..36
3.1.2 軌道模型 ............................................................................................... ……..39
3.2 向量式有限元與橋梁系統軌道系統之結合(三維剛架元) ........................... ...39
3.2.1 ㄧ維剛架元空間運動基本理論 ........................................................... ……..42
3.2.2 空間剛架元之移動基礎架構 ......................................................................... 43
3.2.3 空間剛架元節點變形位移與變形座標 ............................................... ……..45
3.2.4 空間剛架元節點等效內力 ........................................................................... 52
3.2.5 空間剛架元之質點運動方程式之差分式 ........................................... ……..57
第四章 車軌橋互制理論 ........................................................................................62
第五章 數值算例 ................................................................................................... 68
5.1 移動荷載算例 .................................................................................................. ..68
5.1.1 移動荷載作用於單跨簡支梁 ......................................................................... 68
5.1.2 移動荷載作用於多跨連續梁 ......................................................................... 69
5.1.3 三序列荷載作用於單跨簡支梁 ........................................................... ……..70
5.1.4 十序列荷載作用於單跨簡支梁 ........................................................ ……….73
5.1.5 三十序列荷載作用於多跨連續梁 ....................................................... …......74
5.1.6 兩相對移動荷載作用於多垮連續梁 ................................................... ….….75
5.2 移動車輛 ........................................................................................................... 76
5.2.1 移動單層車輛模型(不考慮車輛阻尼)作用於單跨簡支梁 ......................... 76
5.2.2 移動單層車輛模型(考慮車輛阻尼)作用於簡支梁 ............................ ….....78
5.2.3 日本高速列車 SKS-700 作用於簡支梁 ..................................................... 81
5.2.4 考慮車廂轉動效應之車輛模型作用於簡支梁 ................................... …….83
5.3 移動荷載作用於有渣軌道 .............................................................................. .86
5.3.1 單一移動荷載作用於彈性基礎簡支梁 ....................................................... .86
5.3.2 單一移動荷載作用於 Winkler 梁上 .......................................................... .87
5.4 車軌橋互制算例 .............................................................................................. .88
5.4.1 移動單層車輛系統作用於有道碴之簡支橋上(改變軌下勁度) ........ ……..88
5.4.2 移動單層車輛系統作用於有道碴之簡支橋上(改變車速) .......................... 94
5.4.3 移動單層車輛系統作用於有道碴之簡支橋上(改變車輛勁度) ........ ……..95
5.4.4 移動單層車輛系統作用於有道碴之簡支橋上(加入車輛阻尼) ........ ……..96
5.4.5 移動單層車輛系統作用於不同橋梁結構之反應 ............................... …….97
5.4.6 不考慮軌道系統之比較 ..................................................................... …….101
5.4.7 移動單層車輛模型列車作用於連續梁上 ......................................... …….102
5.4.8 移動考慮轉動效應之車輛模型列車作用於連續梁上 ..................... …….103
5.4.9 客車行經三跨連續梁橋 ..................................................................... …….105
5.4.10 客車列車(5 車廂)行經桁架橋(且加入軌道不帄順函數) ............... ……108
第六章 結論與建議 ........................................................................................... 111
6.1 結論 ................................................................................................................ 111
6.2 建議 ................................................................................................................ 112
附錄 A-1 客車之運動方程推導 ......................................................................... 117
附錄 A-2 貨車之運動方程推導 ........................................................................ 130
附錄 A-3 機動車之運動方程推導 .................................................................... 138
附錄 B 程式流程圖 ............................................................................................ 156
附錄 C 三維輪軌接觸理論推導 ........................................................................ 159
參考文獻 .............................................................................................................. 174
[1]王涵忠,「橋梁結構與高速列車之動力互制三維模擬分析」,國立中央大學土木工程學系碩士論文,2001年
[2]陳彥樺,「移動質量與荷載作用於作用下之剛架結構動力行為分析」,國立中央大學土木工程學系碩士論文,2007年
[3]洪介仁,「軌道車輛行駛遇地震時之動態模擬與安全評估」,國立台灣大學機械工程學系碩士論文,2006年
[4]何鴻翔,「捷運車輛之動態模擬」,國立台灣大學機械工程學系碩士論文,2007年
[5]許維倫,「高鐵列車行經高架橋樑時之橋軌與列車動態分析」,國立台灣大學工程科學及海洋工程所碩士論文,2007年
[6]余兆礫,「輪─軌接觸幾何關係初探」,國立成功大土木工程學系碩士論文,2006年
[7]廖元勝,「輪對運動對輪軌蠕滑率/力之影響」,國立成功大學土木工程學系碩士論文,2007年
[8]黃仁政,「高速移動荷載下軌道系統動態響應」,國立成功大學土木工程學系碩士論文,2007年
[9]曾右辰,「在彎道上的輪/軌系統動態分析」,國立台灣科技大學機械系工程學系碩士論文,2005年
[10]劉家良,「軌道車輛動態影響之分析及驗證」,國立台灣科技大學機械系工程學系碩士論文,2008年
[11]翁政佑,「高速鐵路車輛─軌道─風耦合系統之動力反應」,國立高雄大學土木與環境工程學系碩士論文,2009年
[12]池茂儒、曾京、金學峰、朱旻昊,「輪徑差對行車安全性影響」,交通運輸工程學報,2008年
[13]池茂儒、曾京、金學峰、朱旻昊,「蛇行運動對鐵道車輛平穩性影響」,振動工程學報,2008年
[14]肖新標、金學松、溫澤峰,「鋼軌扣件失效對列車動態脫軌的影響」,交通運輸工程學報,2006年
[15]Lina Ding, Hong Hao, Xinqun Zhu,「Evaluation of dynamic vehicle axle loads on bridges with different surface conditions」,Journal of sound and vibration,2009
[16]K. Liu, E. Reynders, G. De Roeck, G. Lombaert,「Experimental and numerical analysis of composite bridge for high-speed trains」,Journal of sound and vibration,2008
[17]N.K. Harros, E.J. Obrien, A. Gonzalez,「Reduction of bridge dynamic amplification through adjustment of vehicle suspension damping」,Journal of sound vibration,2007
[18]Yingyan Li, Eugene Obrien, Arturo Gonzalez,「The development of a dynamic amplification estimator for bridge with good road profiles」,Journal of sound and vibration,2005
[19]C.H. Lee, M. Kawatani, C.W. Kim, N. Nishimura, Y. Kobayashi,「Dynamic response of a monorail steel bridge under a moving train」,Journal of sound vibration,2005
[20]A.D. Monk-Steel, D.J. Thompson, F.G. de Beer, M.H.A. Janssens,「An investigation into the influence of longitudinal creepage on railway squeal noise due to lateral creepage」,Journal of sound vibration,2006

[21]施柔依、王仁佐、凌烽生,「車軌互制振動模擬分析」,97年清雲研討會文章
[22]翟婉明,「車輛─軌道耦合動力學第三版」,2007年
[23]Zhang Weihua,「Dynamic Simulation of Railway Vehicle」,China Railway Publishing,2006
[24]http://www.hkrail.net/index.php?lnk=hk/default
[25]http://www.hkrail.net/index.php?lnk=hk/default
[26]http://www.flickr.com/photos/
[27]范俊杰,「現代鐵路軌道」,中國鐵道出版社,2001
[28]http://mulicia.pixnet.net/blog/post/4004357)
[29]Ting, E. C., Shih, C., and Wang, Y. K., “Fundamentals of a vector form intrinsic finite element: Part I. basic procedure and a plane frame element,” Journal of Mechanics, Vol. 20, No. 2, pp. 113-122, (2004).
[30]Ting, E. C., Shih, C., and Wang, Y. K., “Fundamentals of a vector form intrinsic finite element: Part II. plane solid elements,” Journal of Mechanics, Vol. 20, No. 2, pp. 123-132, (2004).
[31]Shih, C., Wang, Y. K., and Ting, E. C., “Fundamentals of a vector form intrinsic finite element: Part III. Convected material frame and examples,” Journal of Mechanics, Vol. 20, No. 2, pp. 133-143, (2004).
[32]Wang, R. Z., Chuang, C. C., Wu, T.Y., and Wang, C.Y., “Vector form analysis of space truss structure in large elastic-plastic deformation,” Journal of the Chinese Institute of Civil Hydraulic Engineering, Vol. 17, No. 4, pp. 633-646, (2005).
[33]Wang, C. Y., Wang, R. Z., Chuang, C. C., and Wu, T. Y., “Nonlinear analysis of reticulated space truss structures,” Journal of Mechanics, Vol. 22, No. 3, pp. 199-212, (2006).
[34]Wang, C. Y., Wang, R. Z., Wu, T. Y., Ting, E. C., and Kang, L. C., “Nonlinear Discontinuous Deformation Analysis of Structure,” Proceedings of the Sixth International Conference on Analysis of Discontinuous Deformation (ICADD-6), Ming Lu , 79-91, A. A. Balkema Publishers, (2003).
[35]Wang, C. Y., Wang, R. Z., Kang, L. C., and Ting, E. C., “Elastic-Plastic Large Deformation Analysis of 2D Frame Structure,” 21st International Union of Theoretical and Applied Mechanics, IUTAM, August 15-21, Warsaw, Poland, (2004).
[36]Wu, T. Y., Wang, R. Z., and Wang, C. Y., “Large deflection analysis of flexible planar frames,” The Journal of the Chinese Institute of Engineers, Vol. 29, No. 4,593-606, (2006).
[37]王仁佐、康龍全、吳東岳、王仲宇、丁承先,「二維剛架結構之彈塑性大變形分析」,第27屆全國力學會議,台灣,(2003)。
[38]王仁佐、康龍全、吳思穎、王仲宇,「管路揮擊問題之模擬與分析」,結構工程,第二十卷,第四期,第120-143頁,台灣,(2005)。
[39]王仁佐、吳俊霖、林柏州、楊元森、蔡克銓,「向量式有限元之RC數值模擬分析」, 第30屆全國力學會議,台灣,(2006)。
[40]王仁佐,「向量式結構運動分析」,國立中央大學土木工程學研究所博士論文,台灣,(2005)。
[41]王仁佐、康龍全、王仲宇、吳東岳,「三維桁架向量式有限元」,中華民國第七屆結構工程研討會,(2004)。
[42]陳彥樺、王仁佐、王仲宇、陳銘鴻,「橋梁結構移動荷載模擬方法」,清雲土木工程研討會,(2006)。
[43]王仁佐、吳東岳、王仲宇、蕭輔沛,「向量式空間剛架大變形分析」,中華民國第八屆結構工程研討會,(2006)。
[44]王仁佐、陳彥樺、陳世凱、王仲宇,「向量式有限元之移動荷載模擬方法」 第30屆力學研討會,(2006)。
[45]王仲宇,王仁佐、「空間剛架大變形分析」,2006海峽兩岸工程力學研討會,台灣,(2006)。
[46]Wang, R. Z., Wang, C. Y., and Tsai, K. C., “Vector form intrinsic finite element method of the failure and collapse of space frame under seismic” The Eighth Taiwan-Korea-Japan Joint Seminar on Earthquake Engineering for Building Structures, SEEBUS 2006, Nagoya, Japan, December 4-5, (2006).
[47]王仲宇、王仁佐、陳彥樺、莊清鏘,「移動荷載與質量作用下之平面剛架非線性動力分析」,第四屆海峽兩岸結構與大地工程學術研討會,浙江,杭州,(2007)。
[48]Yang, Y. B., and Lin, B. H., “Vehicle-Bridge Interaction Analysis by Dynamic Condensation Method,” Journal of Structural Engineering, Vol. 121, pp. 1636-1643, (1995).
[49]Henchi, K., Fafard, M., Dhatt G., and Talbot, M., “Dynamic Behavior of Multi-Span Beams under Moving Loads,” Journal of Sound and Vibrations, Vol. 199, pp. 33-50, (1997).
[50]陳明聖,「高速列車行經連續橋之車橋反應分析」,國立中央大學土木工程學研究所碩士論文,台灣,(2001)。
[51]Yang, Y. B., and Yau, J. D., “Vehicle-Bridge Interaction Element for Dynamic Analysis,” Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol. 121, No. 11, pp. 1512-1518, (1997).
[52]Filho, F. V., “Dynamic Influence Lines of Beams and Frames,” Journal of the Structural Division, Vol.50, pp. 371-386, (1996).
[53]Shen-Haw Ju*, Hung-Ta Lin, ”Experimentally investigating finite element accuracy for ground vibrations induced by high-speed trains,” Engineering Structure, Vol.30,pp.733-746(2008).
[54]Yeong-Bin Yang*, Yean-Seng Wu, “A versatile element for analyzing vehicle-bridge interaction response,” Engineering Structures Vol.23,pp.452-469(2001).
[55]陳志偉,「以有限元素法分析軌道結構於輪─軌互制作用下之反應」,國立成功大學土木工程學研究所碩士論文,台灣,(2003)。
[56]王開天,「車輪接觸點跡線及輪軌接觸幾何參數計算」,西南交通大學學報,1984年
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