轨道随机不平顺下磁浮车辆非线性动力学特性

基于柔性轨道研究了随机不平顺下磁浮车辆的动力学特性, 在将轨道受力分解为分段链式结构的基础上, 提出了一种磁浮车辆垂向悬浮稳定性分析方法, 定义了不同悬浮力作用于各自悬浮点时柔性轨道的振动固有频率和模态矩阵; 建立了轨道分段链式结构的离散形式和轨道结构的运动方程, 采用虚拟激励法将轨道不平顺产生的随机激励转化为系统输入激励, 并将轨道随机高低不平顺作为振动激励源进行车轨振动控制; 在不同反馈控制参数下采用电压反馈双环PID控制器数值仿真车辆的悬浮状态, 并分析了轨道随机不平顺激励下反馈控制参数对磁浮系统稳定性的影响。研究结果表明: 当磁浮车辆速度为50~80 km·h-1, 位移反馈参数、速度反馈参数和电流反馈参数分别为140 000、50、500时, 车辆可以从起始间隙16 mm快速定位到平衡位置间隙9 mm, 在2.2 s时即可稳定悬浮, 系统的超调量和稳态误差分别为1.50和0.13 mm, 且系统振动频率趋近于0;当位移反馈参数、速度反馈参数和电流反馈参数分别为15 000、50、400时, 磁浮车辆在轨道随机不平顺作用下的悬浮稳定性变差, 系统在9 s左右逐渐趋于稳定, 但仍旧在平衡位置上下浮动, 且系统振动频率和振动幅值分别为7 Hz和0.5 mm; 当磁浮车辆的速度超出50~80 km·h-1时, 第1组反馈控制参数不再适用, 磁浮系统在1.7 s左右发散, 车辆失稳, 表明在不同车辆速度和反馈控制参数的作用下, 轨道随机不平顺能显著影响磁浮车辆的悬浮稳定性。      

轨道客车随机振动精细分析方法

建立了轨道客车结构随机振动精细分析计算方法和工程应用系统.将求解随机振动的虚拟激励法与分体耦合式振型分解法相结合,大幅提高了结构随机振动分析计算的效率,使车辆动力学计算模型与静强度分析模型的规模有相同量级;有效地处理了比例阻尼和非比例阻尼共存同一模型的复杂阻尼体系,保证数值计算精度.可采用有限元法建立车辆整体结构动力学精细模型,以轨道不平顺谱作为输入激励载荷,进行随机振动仿真计算,除了将车辆运行平稳性的评价精度从"体"提高到"点"外,可以直接进行结构随机应力计算和疲劳寿命评估,从而形成车辆结构全生命周期的完整仿真体系.开发了工程应用系统,并通过工程实例证明方法和应用系统的有效性.实例给出25T型客车详细的结构随机振动响应分布,表明利用该系统可以揭示轨道客车结构任意部位的动态行为和减振效果,扩展了现行车辆系统动力学功能.     

轨道不平顺概率模型

为了高效选取轨道不平顺随机样本, 以满足车辆-轨道系统随机动力与可靠度分析中的激振源遍历性要求, 依据轨道随机不平顺的弱平稳与谱相似特征, 提出了一种轨道不平顺概率模型; 采用离散概率积分和统计方法, 在时域中将大量轨道不平顺检测信号分成若干个时程序列, 对每个序列采用谱分析法计算其统计功率谱密度分布; 采用矩阵法对轨道不平顺功率谱密度函数进行集合表征, 视每条谱线在不同频率点的功率谱密度概率具有累加性, 采用单一频率下的功率谱密度概率分布推知整条谱线的出现概率; 采用通用随机模拟方法选取代表性轨道谱, 并反演随机不平顺序列; 实测了某高速铁路约269km的轨道高低和方向不平顺, 基于车辆-轨道耦合动力学理论, 从轨道不平顺模拟幅值与车辆-轨道系统动力响应的概率密度分布出发, 对比了轨道不平顺概率模型与轨道不平顺随机模型的计算结果, 以验证轨道不平顺概率模型的正确性和高效性。计算结果表明: 以2种模型生成的轨道随机不平顺为激振源, 获得的车辆-轨道系统动力响应分布熵差异小于2%, 2种模型均能准确表达不平顺激扰特性; 为保证模拟与实测不平顺的概率密度分布一致, 采用随机模型和概率模型分别需要生成131和33个随机样本, 概率模型具有更高的分析效率; 在给定计算工况下, 轮轨力和车体加速度的幅值分别为38~152kN和-0.042g~0.043g (g为重力加速度), 均未超过《高速铁路设计规范》 (TB 10621—2014) 中的限值(轮轨力为170kN, 车体加速度为0.25g), 表明此高速铁路轨道不平顺状态较优, 行车安全性和舒适性可以得到保证。      

基于路面不平整度的车辆振动响应分析方法

为了分析路面与车辆的相互作用,提出了四自由度1/2车辆模型相对于不平整路面耦合振动分析方法。根据GB/T7031-1986建议的公路路面功率谱密度的拟合表达式,在分析了运行汽车固有振动频率和行驶速度的影响后,获得分布在一定频率范围内的离散功率谱密度数据,利用离散傅立叶逆变换得到路面不平度值,并以此作为1/2车辆垂向动力学模型的输入激励,通过数值仿真得到运行车辆系统在不同路面不平整度下的时域响应。分析结果表明:车辆动荷载系数随车速增大呈线性增加,随路面等级变差呈非线性增大,路面等级是影响车辆动力作用的最显著因素。     

不同线路条件及运行速度下高速列车振动性能分析

高速列车的振动特性直接影响旅客乘坐的舒适性和列车运行的安全性．为了分析不同线路条件和运行速度对高速列车振动特性的影响,建立了车辆-轨道耦合系统模型,并以德国高速轨道谱和我国干线轨道谱产生的轨道随机不平顺作为耦合系统的激励,通过Newmark数值积分和Matlab仿真,计算了高速车辆在高速线路和提速干线条件下车体、构架、轮对等车辆各部件和轨道部件的振动响应．研究结果表明,随着列车运行速度的提高,高速车辆各部件振动响应均显著增大;线路条件对高速列车轮对及轨道系统振动的影响较对车体系统振动的影响明显．     

高速磁浮车辆引起地面振动的数值分析

为预测高速磁浮列车引起的地面振动响应及其衰减规律,建立了高速磁浮车桥相互作用模型和磁浮线路桩基基础有限元模型,将磁浮车桥系统动力学仿真获得的车辆动态荷载输入基础有限元模型,计算了高速磁浮车辆引起的地面振动响应.计算结果表明:磁浮车辆引起地面振动响应的衰减规律与轮轨交通车辆的衰减规律基本一致,但在距离线路中心25 m左右没有反弹区;行车速度对磁浮线路地面振动的影响较大,当时速由125 km/h提高到430 km/h时,相同观察点处地面振动级增大约10 dB.     

车辆——轨道耦合系统随机振动响应特性分析

基于车辆一轨道耦合动力学理论,通过建立车辆一轨道垂横耦合模型,利用时域数值积分法进行了耦合系统的随机响应分析。在此基础上,采用周期图法估计出车辆一轨道垂向和横向随机响应功率谱密度PSD,并进行了谱分析。最终得到了车辆一轨道耦合系统随机振动的基本规律。     

铁道车辆振动响应特性

为改善车辆的乘坐舒适性,研究了车辆的振动响应特性,建立了车辆系统动力学模型,计算了转向架蛇行运动模态和车体固有振动模态的频域模态参数与车辆在不同速度下的时域平稳性指标。计算结果表明:转向架蛇行运动频率和轨道激扰主频率随着车辆运行速度的增大而增大,而车体的固有振动频率是不随速度而变化的;在某一速度下,转向架的蛇行运动频率和轨道激扰主频率必然与车体相关振动的固有频率接近而发生共振,共振会严重恶化车辆的平稳性,因此,应采取适当措施使共振速度区远离车辆的常用运行速度,以保证车辆运行平稳。     

解析法分析铁路环境振动的列车随机激振荷载

将虚拟激励法和车辆-有砟（无砟）轨道-路基-地基耦合系统垂向振动解析模型有效结合起来,由轨道不平顺功率谱直接得到准确的列车随机激振荷载功率谱,然后采用频率采样三角级数法反演出列车随机激振荷载时程。为铁路环境振动中列车随机激振荷载的计算提供了一简便有效的方法。算例比较了有砟轨道和无砟轨道两种情况下CRH3高速列车运行引起的列车随机激振荷载功率谱密度与时程曲线。     

高底不平顺不利波长及其与车速关系

建立了车辆／轨道垂向振动系统模型，计算了系统各部分的加速度或附加动力功率谱。根据谱分布特征了引起车辆和轨道垂向振动的两个不利波长及与列车速度的关系，对提速后轨道高低不平顺管理提出了建议。     

基于传递矩阵法的车辆振动特性分析

针对车辆系统的振动特性,建立一种柔性车体动力学模型,根据车辆结构的局部相似性,将车辆系统划分为多个子结构,利用拉普拉斯变换推演了子系统的传递矩阵,并且将其应用于整个车辆系统.应用传递矩阵比较分析了车辆系统的振动模态和简谐激励响应,结合拉普拉斯逆变换分析了轨道不平顺度引起的时域随机振动响应.结果表明,传递矩阵法分析车辆系统动态特性具有较好的精确性,车体加速度随车辆运行速度增加而增大;而且传递矩阵法有利于简化模型,减少计算量.     

机车车辆运行平稳性指数的估测方法

运行平稳性是机车车辆的重要指标。一般而言,机车车辆运行平稳性随着速度提高而下降。为了便于设计我国高速铁路机车车辆,本文提出一种估测机车车辆运行平稳性的方法,作为机车车辆在设计过程中优化结构和方案比较的手段。本文以东风9内燃机车为例,分析了各种速度下的平稳性指数,并比较了线性模型和非线性模型的分析结果。     

摆动式货车转向架弹簧托板刚度对其动力学性能的影响

为分析弹簧托板的形式对摆动式转向架货车动力学性能的影响,利用有限单元法将弹簧托板等效为一根弹性梁,根据Hook定律得到弹簧托板与摇动台的连接刚度,通过改变弹簧托板的半径,得到不同半径下弹簧托板与摇动座的连接刚度。运用多体系统动力学原理,考虑车辆各个部件的连接和接触关系,建立整个车辆的多体系统动力学模型,通过对比不同弹簧托板半径下车辆的各主要动力学性能指标,得到较为合适的弹簧托板半径。综合对比不同弹簧托板半径下的车辆动力学分析结果得出,随着弹簧托板半径的增大,车辆的临界速度减小,车体横向平稳性增加,而车辆的运行稳定性指标出现波动,当弹簧托板半径为10m时,车辆的各主要动力学性能较好,其对车辆的动力学性能影响较小。     

车辆-有砟轨道-桥梁系统动力分析模型及验证

针对桥上有砟轨道,利用耦合动力学理论,建立了车辆-有砟轨道-桥梁系统动力分析模型,编制了仿真计算程序.通过与既有理论分析结果和软件计算结果的对比,对本文所建模型的正确性进行了验证.该模型可用于研究车辆、轨道和桥梁结构的动力相互作用,可用于对车辆运行的舒适性以及桥上有砟轨道结构的动力特性进行预测评价.     

基于预瞄驾驶员模型的车辆操控稳定性分析

建立了高效、能适应复杂路况的驾驶员模型,以空间方程形式给出了一种基于最大预瞄距离的驾驶员模型;将驾驶员模型、汽车运动学模型及稳定性控制系统有机结合,采用最优控制理论方法,分析了基于该模型的人-车-路闭环控制系统的指数稳定性条件;运用仿真软件MATALB/Simulink建立了4轮车辆驾驶员模型,仿真结果验证了所建立的驾...     

人-车-路相互作用三质量车辆模型分析

基于人-车-路相互作用建立了简化的三质量车辆模型，运用叠加法计算了车辆动载荷的幅频特性与功率谱密度、加速度放大因子与加速度谱，利用所建的简化车辆模型对车辆的振动特性进行了评价，研究了车辆载荷与行驶安全性、加速度与振动舒适性的关系。结果表明，三质量车辆模型更能体现人体的振动舒适程度与路面不平度的响应关系，对于深入分析路面结构的动力响应有重要价值。     

减振器卸荷特性对2B0动力车动力学性能的影响

为了进一步改善动力车的动力学性能，利用多刚体动力学软件SIMPACK，采用轨道随机不平顺非线性时域响应分析方法，对完整的2B0动力车动力学模型进行了计算分析。结果表明：2B0动力车二系横向减振器和一系、二系垂向减振器的最优阻尼值通常是一定的，但是通过增大卸荷速度可以降低平稳性对卸荷阻力改变的敏感程度，从而保证使用中动力车平稳性能的稳定，对于采用二系高挠螺旋弹簧的动力车，二系横向止挡间隙与二系横向减振器阻力特性的合理匹配是获得良好的动态曲线通过性能的一个重要因素。