本書共分三部分,在原有限元知識的基礎上,創(chuàng)新性地提出了新的理論和算法,并在城市軌道交通中進行了應用。*部分簡要介紹了彈性力學知識,包括彈性力學平面問題、空間問題及能量問題;第二部分為有限單元法理論,包括一維單元、二維單元、三位單元、靜力有限單元法求解方法及動力有限單元法求解方法;第三部分為城市軌道交通振動問題,包括軌道減振措施的模態(tài)試驗及有限元模態(tài)分析、軌道減振措施的沖擊(落錘)試驗及其有限元模擬、基于改進蟻群算法軌道減振措施的參數(shù)優(yōu)化、基于有限單元法車輛-軌道耦合動力計算方法。
城市軌道交通運行所產(chǎn)生的振動,對沿線居民的日常工作、生活及一些對振動敏感的精密儀器的正常工作造成影響,這已經(jīng)成為軌道交通發(fā)展中的一個熱門研究課題。本書內(nèi)容對這個問題的研究和學習提供了一定的參考。 本書將彈性力學知識、有限單元法理論與軌道交通振動問題三部分內(nèi)容形成一個有機的知識體系,而且包含了測試內(nèi)容,與計算模擬相互呼應,可以讓讀者能夠更好的理解有限單元法的應用。
伴隨我國快速且大量的城市軌道交通建設,地鐵擾民相關報道越來越多,城市軌道交通問題也成為研究熱點之一。
2008年冬,劉維寧教授安排我協(xié)助師姐處理車輛-軌道耦合動力計算結果(圖/表),這是我次接觸軌道交通振動相關的理論知識。2009年春,又隨師兄們進行浮置板軌道的振動測試,開啟了軌道交通控制措施的長期研究。由于對數(shù)值計算(分析)的由衷熱愛,而后學習/研究的重點都聚焦于用數(shù)值計算方法解決軌道交通振動問題。2012年-2013年,在Christop Adam教授(University of Innsbruck,奧地利)的指導下,開始系統(tǒng)性研究車輛-軌道耦合動力計算方法。2015年-2016年,又在Ronald Y. S. Pak教授(University of Colorado Boulder,美國)的指導下,對各種車輛-軌道耦合動力計算方法的數(shù)學理論進行了研究。2016年開始,在同濟大學給軌道工程專業(yè)本科生教授《有限單元法》,給研究生教授《彈塑性力學》和《非線性有限元》。學生們給了我啟發(fā)和動力,讓我有信心撰寫一本關于軌道交通振動問題的有限單元法書籍。
按照作者計劃,希望形成有限單元法在城市軌道交通結構工程中的應用系列,作為軌道工程專業(yè)研究生的教材和相關科研人員的參考用書。《有限單元法在城市軌道交通振動控制中的應用》將是該系列的本。
《有限單元法在城市軌道交通振動控制中的應用》共分三部分:
部分為彈性力學知識,包括彈性力學平面問題、彈性力學空間問題以及能量原理。這部分內(nèi)容是有限單元法的力學基礎,對于系統(tǒng)性理解有限單元法非常重要。當然,讀者如果已經(jīng)學習了彈性力學相關知識,則可以跳過部分,直接開始第二部分的學習。鑒于本書定位,部分不涉及非線性彈性力學、塑性力學等知識。
第二部分為有限單元法理論,包括一維單元、二維單元、三維單元、靜力有限單元法的求解方法以及動力有限單元法的求解方法。對于軌道交通振動研究所需的單元,做了系統(tǒng)、全面的推導。為了便于初學者更好地理解有限單元法,全書通過算例對比,講解各類型單元的位移、應變和應力特性。同樣,讀者如果學習了有限單元法相關知識,則可以跳過第二部分,直接進入第三部分的學習。這里需要說明,本書暫不涉及軌道交通振動計算中可能使用的板單元和殼
金浩,博士,東南大學軌道工程教授,碩士生導師;美國土木工程師學會(ASCE)Associate Member、中國振動工程學會會員,主要研究方向為軌道交通混凝土結構耐久性,包括軌道振動控制和混凝土結構裂縫治理。參與編寫了《城市軌道交通結構設計與施工(第二版)》)《地鐵列車振動環(huán)境影響的預測、評估與控制》《軌道交通梯形軌枕軌道工程施工質(zhì)量驗收標準(QGD-035-2018)》等著作和標準,發(fā)表了《荷載裂縫幾何形態(tài)對管片外排鋼筋銹層分布的影響》《Research on Mechanics of LongitudinalJoint in Shield Tunnel by the Nonlinear Spring Equivalent Method》等論文35篇,其中SCI檢索期刊論文9篇,EI檢索期刊論文15篇;授權軟件著作權、發(fā)明和實用新型專利《氯鹽及迷流共同作用下持荷盾構管片鋼筋銹蝕率計算軟件》《盾構管片力學模擬試驗裝置》等11項。
第1章
緒論
部分 彈性力學知識
第2章
平面問題
第3章
空間問題
第4章
能量原理
第二部分 有限單元法理論
第5章
一維單元
第6章
二維單元
第7章
三維單元
第8章
靜力有限單元法的求解方法
第9章
動力有限單元法的求解方法
第三部分 城市軌道交通振動問題
第10章
軌道減振措施的模態(tài)試驗及有限元模態(tài)分析
第11章
軌道減振措施的沖擊(落錘)試驗及其有限元模擬
第12章
基于改進蟻群算法軌道減振措施的參數(shù)優(yōu)化
第13章
基于有限單元法車輛-軌道耦合動力計算方法
第14章
軌道減振措施上線使用的測試測試及有限元計算
第15章
軌道交通沿線砌體結構的振動測試及有限元計算
附錄1 MATLAB基本操作
附錄2 ABAQUS基本操作
附錄3 LS-DYNA