本書共分三部分,在原有限元知識(shí)的基礎(chǔ)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(jìn)行了應(yīng)用。*部分簡(jiǎn)要介紹了彈性力學(xué)知識(shí),包括彈性力學(xué)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(dòng)力有限單元法求解方法;第三部分為城市軌道交通振動(dòng)問題,包括軌道減振措施的模態(tài)試驗(yàn)及有限元模態(tài)分析、軌道減振措施的沖擊(落錘)試驗(yàn)及其有限元模擬、基于改進(jìn)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(dòng)力計(jì)算方法。
城市軌道交通運(yùn)行所產(chǎn)生的振動(dòng),對(duì)沿線居民的日常工作、生活及一些對(duì)振動(dòng)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(gè)熱門研究課題。本書內(nèi)容對(duì)這個(gè)問題的研究和學(xué)習(xí)提供了一定的參考。 本書將彈性力學(xué)知識(shí)、有限單元法理論與軌道交通振動(dòng)問題三部分內(nèi)容形成一個(gè)有機(jī)的知識(shí)體系,而且包含了測(cè)試內(nèi)容,與計(jì)算模擬相互呼應(yīng),可以讓讀者能夠更好的理解有限單元法的應(yīng)用。
伴隨我國(guó)快速且大量的城市軌道交通建設(shè),地鐵擾民相關(guān)報(bào)道越來(lái)越多,城市軌道交通問題也成為研究熱點(diǎn)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(dòng)力計(jì)算結(jié)果(圖/表),這是我次接觸軌道交通振動(dòng)相關(guān)的理論知識(shí)。2009年春,又隨師兄們進(jìn)行浮置板軌道的振動(dòng)測(cè)試,開啟了軌道交通控制措施的長(zhǎng)期研究。由于對(duì)數(shù)值計(jì)算(分析)的由衷熱愛,而后學(xué)習(xí)/研究的重點(diǎn)都聚焦于用數(shù)值計(jì)算方法解決軌道交通振動(dòng)問題。2012年-2013年,在Christop Adam教授(University of Innsbruck,奧地利)的指導(dǎo)下,開始系統(tǒng)性研究車輛-軌道耦合動(dòng)力計(jì)算方法。2015年-2016年,又在Ronald Y. S. Pak教授(University of Colorado Boulder,美國(guó))的指導(dǎo)下,對(duì)各種車輛-軌道耦合動(dòng)力計(jì)算方法的數(shù)學(xué)理論進(jìn)行了研究。2016年開始,在同濟(jì)大學(xué)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(xué)》和《非線性有限元》。學(xué)生們給了我啟發(fā)和動(dòng)力,讓我有信心撰寫一本關(guān)于軌道交通振動(dòng)問題的有限單元法書籍。
按照作者計(jì)劃,希望形成有限單元法在城市軌道交通結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用系列,作為軌道工程專業(yè)研究生的教材和相關(guān)科研人員的參考用書!队邢迒卧ㄔ诔鞘熊壍澜煌ㄕ駝(dòng)控制中的應(yīng)用》將是該系列的本。
《有限單元法在城市軌道交通振動(dòng)控制中的應(yīng)用》共分三部分:
部分為彈性力學(xué)知識(shí),包括彈性力學(xué)平面問題、彈性力學(xué)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(xué)基礎(chǔ),對(duì)于系統(tǒng)性理解有限單元法非常重要。當(dāng)然,讀者如果已經(jīng)學(xué)習(xí)了彈性力學(xué)相關(guān)知識(shí),則可以跳過(guò)部分,直接開始第二部分的學(xué)習(xí)。鑒于本書定位,部分不涉及非線性彈性力學(xué)、塑性力學(xué)等知識(shí)。
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(dòng)力有限單元法的求解方法。對(duì)于軌道交通振動(dòng)研究所需的單元,做了系統(tǒng)、全面的推導(dǎo)。為了便于初學(xué)者更好地理解有限單元法,全書通過(guò)算例對(duì)比,講解各類型單元的位移、應(yīng)變和應(yīng)力特性。同樣,讀者如果學(xué)習(xí)了有限單元法相關(guān)知識(shí),則可以跳過(guò)第二部分,直接進(jìn)入第三部分的學(xué)習(xí)。這里需要說(shuō)明,本書暫不涉及軌道交通振動(dòng)計(jì)算中可能使用的板單元和殼
金浩,博士,東南大學(xué)軌道工程教授,碩士生導(dǎo)師;美國(guó)土木工程師學(xué)會(huì)(ASCE)Associate Member、中國(guó)振動(dòng)工程學(xué)會(huì)會(huì)員,主要研究方向?yàn)檐壍澜煌ɑ炷两Y(jié)構(gòu)耐久性,包括軌道振動(dòng)控制和混凝土結(jié)構(gòu)裂縫治理。參與編寫了《城市軌道交通結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工(第二版)》)《地鐵列車振動(dòng)環(huán)境影響的預(yù)測(cè)、評(píng)估與控制》《軌道交通梯形軌枕軌道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)(QGD-035-2018)》等著作和標(biāo)準(zhǔn),發(fā)表了《荷載裂縫幾何形態(tài)對(duì)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(quán)軟件著作權(quán)、發(fā)明和實(shí)用新型專利《氯鹽及迷流共同作用下持荷盾構(gòu)管片鋼筋銹蝕率計(jì)算軟件》《盾構(gòu)管片力學(xué)模擬試驗(yàn)裝置》等11項(xiàng)。
第1章
緒論
部分 彈性力學(xué)知識(shí)
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(dòng)力有限單元法的求解方法
第三部分 城市軌道交通振動(dòng)問題
第10章
軌道減振措施的模態(tài)試驗(yàn)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(yàn)及其有限元模擬
第12章
基于改進(jìn)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(dòng)力計(jì)算方法
第14章
軌道減振措施上線使用的測(cè)試測(cè)試及有限元計(jì)算
第15章
軌道交通沿線砌體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)測(cè)試及有限元計(jì)算
附錄1 MATLAB基本操作
附錄2 ABAQUS基本操作
附錄3 LS-DYNA