In this study, the new three-dimensional finite element analysis model of guideway structures considering ultra high-speed magnetic levitation train-bridge interaction, in which the various improved finite elements are used to model structural members, is proposed. The box-type bridge deck of guideway structures is modeled by Nonconforming Flat Shell finite elements with six DOF (degrees of freedom). The sidewalls on a bridge deck are idealized by using beam finite elements and spring connecting elements. The vehicle model devised for an ultra high-speed Maglev train is employed, which is composed of rigid bodies with concentrated mass. The characteristics of levitation and guidance force, which exist between the super-conducting magnet and guideway, are modeled with the equivalent spring model. By Lagrange's equations of motion, the equations of motion of Maglev train are formulated. Finally, by deriving the equations of the force acting on the guideway considering Maglev train-bridge interaction, the complete system matrices of Maglev train-guideway structure system are composed.
Temperature fields and temperature deformations induced by time-varying solar radiation, shadow, and heat exchange are of great importance for the ride safety and quality of the maglev system. Accurate evaluations of their effects on the dynamic performances are necessary to avoid unexpected loss of service performance. This paper presents a numerical approach to determine temperature effects on the maglev train/guideway interaction system. Heat flux density and heat transfer coefficient of different components of a 25 m simply supported concrete guideway on Shanghai High-speed Maglev Commercial Operation Line is calculated, and an appropriate section mesh is used to consider the time-varying shadow on guideway surfaces. Based on the heat-stress coupled technology, temperature distributions and deformation fields of the guideway are then computed via Finite Element method. Combining guideway irregularities and thermal deformations as the external excitations, a numerical maglev train/guideway interaction model is proposed to analyze the temperature effect. The responses comparison including and excluding temperature effect indicates that the temperature deformation plays an important role in amplifying the response of a running maglev, and the parameter analysis results suggest that climatic and environmental factors significantly affect the temperature effects on the coupled maglev system.
In this study, deflection limits based on the vibration serviceability of guideway structures are proposed considering maglev train-guideway interaction. Equations of motion are derived for a simplified maglev railway. Feedback constants for the control of the electromagnetic force for levitation are optimized in order to minimize the airgap fluctuations. Deflection limits for a guideway are calculated for various operating speeds of a maglev train, span lengths of a guideway, and natural frequencies and damping ratios of the second suspension in order to satisfy the serviceability criteria for airgaps and for the vertical acceleration of a cabin. From the analysis results, proposed are requirements for the second suspension of maglev trains and deflection limits for guideway structures.
In this study, an analysis method for maglev train-guideway interaction is verified using field measurement data. The cabin and bogies of the maglev train are modeled as rigid bodies that are allowed to have heave and pitch motions. Levitation forces from the electromagnetic suspensions on the bogies are controlled using an active control algorithm. The guideway is represented using the Euler-Bernoulli beam. Considering rigorously the changes in air-gaps and material points at which the levitation forces are applied due to the pitch motions of the bogies, dynamic analysis of maglev train-guideway interaction is performed. Using field measurement data, obtained from the Incheon Airport Maglev Railway, the analysis method is verified. Accuracy of the analysis method is investigated. It is determined that the structures in the railway are designed and constructed safely according to the design code for maglev railways.
This work elaborately investigates the influences of the guideway geometry parameters and track irregularity on the dynamic performances of the suspended monorail vehicle-guideway system (SMVGS). Firstly, a spatial dynamic analysis model of the SMVGS is established by adopting ANSYS parameter design language. Then, the dynamic interaction between a vehicle with maximum design load and guideway is investigated by numerical simulation and field tests, revealing the vehicle-guideway dynamic features. Subsequently, the influences of the guideway geometry parameters and track irregularity on the dynamic performances of the SMVGS are analyzed and discussed in detail, and the reasonable ranges of several key geometry parameters of the guideway are also obtained. Results show that the vehicle-guideway dynamic responses change nonlinearly with an increase of the guideway span, and especially the guideway dynamic performances can be effectively improved by reducing the guideway span; based on a comprehensive consideration of all performance indices of the SMVGS, the deflection-span ratio of the suspended monorail guideway is finally recommended to be 1/1054~1/868. The train load could cause a large bending deformation of the pier, which would intensify the car-body lateral displacement and decrease the vehicle riding comfort; to well limit the bending deformation of the pier, its cross-section dimension is suggested to be more than 0.8 m×0.8 m. The addition of the track irregularity amplitude has small influences on the displacements and stress of the guideway; however, it would significantly increase the vehicle-guideway vibrations and rate of load reduction of the driving tyre.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.21
no.2
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pp.137-145
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2011
This study is proposed to develop a numerical interaction model of the magnetically levitated(maglev) train and guideway. For this purpose, equation of motion for 6-DOF vehicle model, EMS, guideway and guideway irregularity are derived as the state-space equation. In order to solve the state space equations, the present work was performed via matlab simulation using Runge-Kutta method. Through the simulation, the effect of dynamic response of maglev system to different vehicle speeds, guideway rigidity(EI) and masses is investigated.
Korean Journal of Computational Design and Engineering
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v.21
no.4
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pp.409-416
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2016
This study aims to investigate dynamic interaction characteristics between Maglev train and 3 span continuous guideway. The integrated model including a 3D full vehicle model based on multibody dynamics, flexible guideway by a modal superposition method, and levitation electromagnets with the feedback controller is proposed. The proposed model was applied to the Incheon Airport Maglev Railway to analyze the dynamic response of the vehicle and guideway from the numerical simulation. Using field test data of air gap and guideway deflections, obtained from the Incheon Airport Maglev Railway, the analysis method is verified. From the results, it is confirmed that Maglev railway system are designed and constructed safely according to the design criteria.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.29
no.2
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pp.193-199
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2016
Since the variations of electromagnetic suspension forces of maglev trains have close relations with the acceleration of the levitated bodies, it is basic to control the levitation forces using the measured acceleration of vehicles. In this study, an airgap control algorithm based on acceleration feedback is applied to maglev trains and a dynamic analysis method is developed considering maglev train-guideway interaction. Using the developed method, dynamic behaviors of a maglev train-guideway interaction system are investigated. It is observed from the analysis that the current design guidelines can be satisfied when the proposed airgap control algorithm is employed. Using the contorl algorithm, the current guidelines can be improved and economical maglev railway guideway structures can be designed.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.33
no.6
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pp.367-374
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2020
A standard for the vibration magnitude of a maglev train is presented herein to ensure a comfortable ride for the passengers. The vibration magnitude is determined from the vertical acceleration of the car body. A parameter analysis of the maglev train system is then performed considering the vehicle-structure interaction, and a deflection limit of L/1300 is proposed to satisfy the standard for the vertical acceleration. The proposed deflection limit is applied to the dynamic analysis of the actual maglev train system to assess applicability. Compared with the existing standard for the guideway structure, the proposed deflection limit is expected to enable economical design and construction.
Kim, Ki-Jung;Lee, Jae-Kyoung;Han, Hyung-Suk;Yang, Seok-Jo
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.11
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pp.1161-1167
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2015
A slender guideway is essential in improving aesthetically and reducing its construction cost which accounts for about 70% of overall investment for maglev system. As the slender guideway, however, may increase its deformation, its effect on levitation stability and guidance performance needs to be analyzed. The purpose of this study is to analyze the effect on guidance characteristics of maglev due to the lateral deformation of the guideway girder and lateral irregularity of guiderail. For doing this, 3D model considering lateral deformation of girder and irregularity of rail of the guideway is developed. Using the dynamic interaction model integrated with the proposed guideway and maglev vehicle including electromagnetics and its controller, guidance characteristics of maglev are analyzed. It is analyzed that the effect on lateral deformation of girder is relatively small compared to deformation on the lateral irregularities of guiderail.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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