基于有限元与传输线的JTC和TCR信号传输过程的建模与仿真

本文针对有限元和传输线理论各自的特点,提出一种将传输线与有限元相结合的JTC(Jointless TrackCircuit)和TCR(Track Circuit Reader)信号传输过程的建模仿真方法。该方法利用有限元分别建立轨道电路和TCR天线模型,以此确定JTC对TCR天线的有效作用范围。在其有效范围内利用有限元对JTC和TCR天线间的电磁感应过程进行建模,而在有效范围外由传输线负责对JTC信号在钢轨中的传输过程进行建模。采用此联合建模策略实现对JTC和TCR间信息传输过程的仿真。实验表明,该方法具有建模准确、仿真精度较高、计算时间较短等优点。     

基于三维动态有限元模型的轮轨磨耗数值分析

提出基于三维动态有限元模型的轮轨形面磨耗的数值预测方法,应用非线性有限元分析软件ABAQUS建立三维有限元模型,对轮轨滚动接触过程中的磨耗问题进行数值仿真研究。分析中,轮、轨材料采用双线性的弹塑性本构模型,联合使用有限元隐式（静态）和显式（瞬态）求解方法模拟轮轨瞬态滚动接触过程;采用基于微面积的Archards磨耗模型的积分形式,对轮轨材料的滚动磨损进行计算;用基于三次样条插值函数的曲线光滑技术,对磨耗过程的磨损量分布进行光滑化处理,再根据光滑化后的磨损分布来更新轮轨形面;用Laplace网格光滑技术对车轮踏面和轨轮轨头内部的有限元网格进行光滑化处理。以以往轮轨试验为实例对数值分析模型和方法进行了验证,试验结果与数值分析结果具有良好的一致性。     

锈蚀钢筋混凝土梁的有限元模拟

目前针对钢筋混凝土梁中钢筋锈蚀膨胀造成的混凝土损伤的研究,主要采取试验和有限元模拟的方法。试验方法往往带来周期长,结果精度低和离散性大等弊端;而有限元模拟则较好的克服这些问题。文章中提出的计算模型利用ADINA中的弥散裂缝模型,进行了网格密度的收敛性考虑,这样可以精确地计算裂缝的出现。同时利用弥散裂缝模型合理地模拟出裂缝的扩展过程,使其免受单元尺寸的影响。     

轨道车辆金属橡胶件参数化建模及仿真分析方法研究

金属橡胶件广泛应用于轨道车辆转向架上。为了缩短金属橡胶件研发周期,提高设计效率,文章提出了基于模型重建与专家分析经验封装的有限元模型参数化建模方法,并基于该方法实现了金属橡胶件分析模型的参数化与仿真分析流程的自动化,同时开发了SRI叠层弹簧刚度计算模块,通过对某一系橡胶弹簧试验结果与模块计算结果的对比,验证了方法的有效性。     

7N01铝合金Johnson-Cook模型参数的反算方法

对动车组用7N01铝合金进行准静态单向拉伸试验,获取应力-应变曲线。采用曲线拟合和有限元仿真优化相结合的方法反算铝合金Johnson-Cook模型参数:通过曲线拟合方法确定模型初始参数,将其代入有限元模型,应用HyperStudy软件实现与有限元模型及求解器的数据传递与过程集成,采用遗传算法和自适应响应面法对材料参数进行优化,并将优化后的有限元仿真结果与拉伸试验结果进行对比。结果表明:利用遗传算法和自适应响应面法反算材料参数,优化收敛速度快,仿真数据与试验数据吻合度高,2种方法均可以用来进行参数反算的优化。     

不锈钢车顶弯梁拉弯成形回弹缺陷分析

不锈钢轨道客车车顶弯梁拉弯成形回弹缺陷可归类为角度回弹、轴向收缩回弹及滞后回弹等3种,后两种回弹缺陷往往被忽视,以至于在模具设计阶段对回弹变形量的计算和补偿均存在误差。为此,针对车顶弯梁拉弯成形中的轴向收缩回弹和滞后回弹,从材料弹塑性变形理论和黏弹塑性理论分析产生此类问题的原因,提出设计拉弯模具设计时对轴向收缩回弹和滞后回弹的数值模拟近似计算方法,得到对模具的补偿值;然后,通过试模补偿调整,提高车顶弯梁拉弯成形的整体工艺质量。     

动车组牵引电机悬挂安全系数分析与研究

针对动车组牵引电机中的典型运营条件,对电机悬挂部位的受力边界条件进行合理简化,利用UG三维建模与有限元仿真,得出极限条件下的安全系数。通过振动和冲击的台架模拟试验,检测电机运行中受到冲击振动时电机的机械完整性,间接验证电机悬挂仿真计算是否相符,为电机悬挂部位的设计优化提供依据,为电机制造过程中的偏差处理提供数据支撑。     

基于蠕变理论与有限元仿真的轨道交通车辆铝合金冲压件滞后回弹研究

滞后回弹是影响冲压件形状精度的关键因素.针对复杂工况下冲压件滞后回弹的预测与验证问题,提出了一种基于蠕变理论与有限元仿真方法.以轨道交通车辆司机室补强板为例,采用单轴拉伸试验测定了不同应力状态下5083-O铝合金材料的蠕变行为,并选用幂函数本构模型进行蠕变参数拟合;采用数值模拟手段分别建立了冲压成形、卸载回弹及滞后回弹...     

模拟退火算法在轨道车辆司机室蒙皮成形工艺参数优化中的应用

蒙皮拉延成形中涉及到的工艺参数众多,取值区间不连续,难以通过单因素优化方法获取生产所需的最优工艺参数组合。提出了一种基于响应面模型和模拟退火算法的蒙皮成形工艺参数组合优化方法。以轨道车辆司机室蒙皮为例,根据产品需求和生产工况设计了工艺参数组合,通过有限元仿真方式获取了不同工艺参数组合下工件成形效果,建立了回弹量、最大应力与工艺参数组合之间的响应面模型;通过模拟退火算法,在工件不断裂前提下,将工件成形后的回弹量由前期工艺试制时的32 mm降低至6.89 mm,并获取了最小回弹量对应的工艺参数组合。采用优化后的工艺参数组合指导工艺试制,成形件满足试制工艺条件,且回弹量的试验结果和优化结果相吻合。结果表明:该蒙皮成形工艺参数优化方法可以有效降低工件成形后的形状误差,并为后续模具型面补偿提供依据。     

高速铁路弓网电弧仿真研究进展

阐述了电弧模型的发展进程,介绍了不同电弧模型的模拟过程及数值建模方法。根据已有的电弧数值模型推导过程,电弧模型的不断发展体现在建模之前假设条件的减少上。在Ansys、Fluent等建模仿真软件中,也可通过建立弓网电弧模型,并设置模型参数的过程来模拟电弧的特性。在未来的研究中,将等离子体的特性应用于电弧的仿真过程,并且加入弓网系统的特殊环境因素,是弓网电弧数值模拟及仿真计算领域的发展方向。     

不同自由度单元之间连接刚度问题的研究与应用

针对有限元分析中,板壳单元与实体单元之间由于自由度的不匹配,使转动自由度在板壳单元与实体单元交界处产生不连续的问题,提出了采用约束方程进行联合建模的思路。根据有限元理论进行公式推导,得到了约束方程在板壳单元与实体单元连接处的刚度协调方程;用有限元实例进行计算比较验证;将该建模方法运用于某地铁车的仿真当中。理论分析及仿真结果表明,非协调性单元之间自由度的协调统一对仿真结果有较大的影响,采用约束方程在板壳单元与实体单元之间形成过渡能有效消除自由度不协调的问题,从而得到更切合实际的仿真结果。     

一种对箱梁横梁简化计算分析的方法

箱梁具有整体性好、施工方便而且受力性能好等优点,在工程界普遍采用,但目前桥梁工程中没有明确箱梁的横梁如何计算.分析高架轨道交通中常用到的中小跨径箱梁,通过建模并查看箱梁支反力以及横梁受力情况,在积累较多数据的基础上,尝试采用横梁简化计算方法去拟合结果,对中横梁和端横梁进行分析,以达到简化计算目的,并通过实例验证,供工程技术人员借鉴.     

基于监督学习的轨道车辆车轴裂纹扩展预测方法研究

传统裂纹扩展分析需要精确的数学模型以及校准参数,但现实中的复杂形状裂纹扩展过程难以进行精准建模,而通过有限元软件对裂纹扩展过程进行分析需大量的运算时间。因此,文章提出了基于监督学习的轨道车辆车轴裂纹扩展方法,该方法无需进行数学建模,可通过结构健康监测数据以及初始裂纹数据直接预测裂纹的扩展趋势。经验证,该方法预测准确率较高,能够较好地拟合裂纹扩展趋势。     

基于CATIA的桥梁BIM参数化建模技术研究及应用

针对预制节段拼装连续梁桥标准化程度、部件可参数化特点,利用CATIA参数化建模能力强、参数化模板复用方便的特点,通过梳理建模流程,分类建立桩基、承台、桥墩、盖梁、箱梁、附属设施等族库,实现桥梁参数化快速建模。该技术在广州市轨道交通14号线一期轨道工程Ⅱ标进行应用,将建模时间缩短至原来的25%,同时通过模型模板化的方式避免常规建模过程中容易出现的细节错误,保证建模质量和工期要求。     

不同约束条件下中低速磁浮道岔主动梁自振特性

为了探究中低速磁浮道岔主动梁自振特性,以清远磁浮旅游线道岔系统为对象,建立3台车和2台车道岔主动梁的有限元模型,对安装面刚性约束和弹性约束下道岔主动梁进行有限元模态分析,与道岔主动梁自振特性实测结果进行对比,研究结果表明:安装面位移约束下3台车和2台车道岔梁的低阶模态频率显著大于实测值,弹性约束下道岔梁模态分析结果与实测结果接近,故中低速磁浮道岔梁有限元建模时应施加弹性约束;相较于2台车道岔梁方案,3台车道岔梁的垂弯模态频率有明显提高,但10~30 Hz频率内的横弯和扭转模态频率变化不大,仅仅增加中间台车抑制和减缓磁浮车岔15~20 Hz耦合共振的效果并不理想,提高道岔梁阻尼和加强道岔梁约束是更合理的选择。     

基于Civil 3D部件编辑器的铁路BIM部件模型构建研究

为实现铁路线路结构参数化建模,基于Autodesk Civil 3D部件编辑器(SAC,SubassemblyComposer)研究了自定义部件参数化模型的构建流程。利用部件编辑器可视化的设计流程和参数驱动图形交互的方法,针对不同的横断面形式,构建了单线有砟轨道部件、隧道部件和多级边坡部件参数化模型,并将参数化部件与三维地形曲面模型相融合,在三维可视环境下实现设计部件的工程量精确计算。通过SAC创建的部件具有设计参数更改方便、建模迅速、交互性强、形象直观的优点,是铁路BIM应用部件建模一种有效的方法。     

磁悬浮车辆结构动力学建模与仿真

为了准确获得磁悬浮车辆结构的动力学特性,结合上海磁悬浮示范线车辆,对磁悬浮车辆结构建模和仿真方法展开研究。通过分析整体结构受力载荷工况,给出夹层和车体结构的受力公式。采用参数化和子结构建模技术,利用多体系统软件SIMPACK建立磁悬浮车辆首车动力学模型。为简化整个磁悬浮车辆系统多体模型和提高计算效率,将车辆受到的作用力和部分刚体简化为力元或力矩。仿真结果表明,多体动力学建模可以作为磁悬浮车辆结构设计方案优劣的有效评估工具,有益于磁悬浮结构国产化设计和开发。     

货车径向转向架副构架结构刚度研究

基于结构有限元仿真和样机试验,重点对我国铁路货车径向转向架U型副构架的结构刚度进行研究。计算和试验结果均表明,副构架左右鞍的相对弯扭刚度很小,其制造误差引起的轴承附加载荷可忽略不计。另外,计算结果还表明:径向载荷工况下,副构架横向弹性变形刚度约为30MN/m,能够满足轮对径向装置的设计要求;制动载荷工况下,副构架纵向弹性变形刚度约为14 MN/m,为控制该变形导致的轴距扩大,必要时应在侧架导框和副构架鞍部设置纵向档。     

云桂铁路南盘江上承式铁路拱桥动力分析与验证

云桂铁路南盘江大桥为上承式混凝土拱桥,大桥建成后,相关单位利用动态检测方法获取了23t轴重货物列车和CRH2列车以不同速度通过该桥时桥梁结构的多项动力响应,并分析评价了桥梁的动力性能。为探究动力仿真分析方法的模拟效果,以南盘江大桥为背景,采用MSC系列软件建立列车-轨道-桥梁动力学仿真模型,分别用美国五级谱和德国低干扰谱作为货车和动车组的轨道不平顺激励,模拟列车过桥的全过程,获得桥梁结构的动力响应规律,并将仿真分析结果与实测结果进行对比验证。对比结果表明:大桥一阶横弯与竖弯频率计算值分别为0.30 Hz和0.576 Hz,与实测的横弯频率0.33 Hz、竖弯频率0.59 Hz接近;分别采用美国五级谱和德国低干扰谱,其波长和幅值能较好地模拟货物列车和动车组通过南盘江大桥的动力响应,数值仿真计算和实车动态测试的结果接近。