[发明专利]基于参数识别技术的桥梁冲击系数优化方法

说明书

本发明提出一种基于参数识别技术的桥梁冲击系数优化方法，解决了车桥耦合随机振动时，桥梁冲击系数的计算以及冲击系数灵敏度在随机动力学方面的优化问题，进而能够降低桥梁损伤。本发明是按照下述方式进行的：(1)定义车辆模型，(2)根据达朗贝尔原理推导出运动方程使用PIM方法求解确定性响应，并且使用PEM来计算随机响应，本发明为车桥耦合系统的非平稳随机振动提供了一种有效的优化方法，提高舒适性和车辆与桥梁的安全性。本发明的方法兼具精度和效率，能为车桥耦合振动灵敏度分析及优化提供更好的技术支持。在计算精度相同的情况下PEM‑PIM数值方法所需的计算时间比Newmark方法节省了十几倍，且提出了自识别设计变量灵敏度优化方法。

技术领域

本发明属于车桥耦合随机振动领域，具体涉及一种用于评估车桥耦合系统的新方法。

背景技术

对于随机激励下结构动力响应优化设计问题，由于同时涉及到结构随机响应分析以及优化设计，求解起来相当困难和复杂。关于动力优化问题的灵敏度分析，已有不少研究工作。例如，Pantelides等提出MISA(modified iterated simulated anneding)算法求解具有动应力和动位移约束的结构优化问题，Chen等提出求解动力响应灵敏度的摄动方法，但因繁重的计算量，严重限制了这些方法的实际应用。为得到全局最优解，需要进行二阶灵敏度的分析，Hessian矩阵是计算这些二阶灵敏度的熟知方法，对于随机振动，Hessian矩阵的求解是更为复杂的工作，至今涉及其数值算法的文献依然不多见。可见的文献有Durbnin和Zimo-ch的Laplace变换法等派生方法，但这些都基于常规的随机振动分析方法，同样存在效率不高的缺点。而且以Newmark差分格式为代表的传统的逐步积分方法假定在每个积分步内车辆位置及其耦合作用力的位置大小都是固定不变的，仅当进入下一积分步的时候才“突变”到另一个位置，忽略了载荷在空间域的连续性，当积分步取得不够小时会造成较大的误差。由于现有技术方法存在的这些严重不足，就需要有新的技术方法来解决相关问题。

随着科学技术的发展，车辆速度有了很大的提高，人们必须更加注意乘客的舒适性、车辆与桥梁的安全性，这就需要对可能影响车桥系统的动态响应的因素进行分析和优化，这些因素包括车辆重量、刚度、速度、轨道不平顺、接触模型、桥梁跨度、支撑形式和材料参数等。然而对于车桥耦合系统，由路面不平顺引起的振动具有明显的随机性，大量重复的随机振动计算导致车桥系统分析极其困难，而现有技术方法存在效率不高等缺点，这极大限制了车辆随机振动理论在工程中的应用。

发明内容

本发明提出一种基于参数识别技术的桥梁冲击系数优化方法，解决了车桥耦合随机振动时，桥梁冲击系数的计算以及冲击系数灵敏度在随机动力学方面的优化问题，进而能够降低桥梁损伤。

本发明的技术方案是这样实现的：一种基于参数识别技术的桥梁冲击系数优化方法，是按照下述方式进行的：

(1)定义车辆模型，使用四自由度的1/2车辆模型，车身有垂直和俯仰运动两个自由度，设定车辆以恒定速度V沿着x轴行进，车辆为移动的多刚体弹簧阻尼系统，多跨度桥用简支弹性伯努利-欧拉梁来表示，长度为L_b，

(2)根据达朗贝尔原理推导出运动方程

其中M、K和C分别是质量、刚度和阻尼矩阵，载荷向量是由固定载荷F_g和时变载荷F_w组成；