车体模态仿真方法分析

文章根据测试结果建立符合车体理论模态和振动情况的有限元模型,并采用计算法对车体模态进行分析研究,获得车体结构的振动特性,进而评定车体在运行中的动态特性能否满足设计要求,为车体结构的优化设计,今后类似车体模型的有限元分析,以及模态测试布点和无样机条件下的车体设计提供依据。     

考虑车体柔性的钢轨打磨车曲线通过性能研究

钢轨打磨车执行曲线打磨作业时,运行速度一般低于曲线设计速度,以过超高状态通过曲线。考虑钢轨打磨车车体柔性,使用有限元分析软件ANSYS和多体动力学仿真软件Simpack建立车辆刚柔耦合动力学模型,考虑砂轮和钢轨接触关系,研究车体弹性变形对车辆动力学性能的影响,对比分析处于打磨工况和自走行工况下曲线半径和超高对车辆动态曲线通过时的动力学响应。结果表明,车体弹性变形主要影响车轮的脱轨系数和轮重减载率,对轮轴横向力和倾覆系数影响较小,将车体考虑成柔性体后钢轨打磨车的曲线通过性能有所提高;在一定范围内,增大曲线半径,减小超高有助于提高打磨车的曲线通过性能;打磨作业会恶化打磨车的曲线通过能力,脱轨的风险有所增大。     

整体桥上无缝线路钢轨非线性附加力算法研究

在计算桥上无缝线路的纵向阻力时,阻力模型通常采用无缝线路设计规范中建议的双折线纵向阻力模型,即有载与无载分别考虑后再线性叠加,未考虑钢轨的非线性行为。在计算方法上,工程中常采用有限元模型进行计算,有限元法建模效率较低、不便于对各设计参数的更改。为准确快速求得高速铁路整体式桥上梁轨相互作用下的钢轨附加力、钢轨位移、钢轨弹塑性分界点及整体桥墩顶位移等参数值的大小,提出更贴近于桥上钢轨实际受力的多折线纵向阻力模型,并采用建立微分方程组的数值解法,通过建立具有变化规律的平衡矩阵式来求解桥上无缝线路钢轨纵向阻力值的相关参数。研究分别给出了有载、无载工况下求解整体式桥上钢轨附加应力值的规律性矩阵式,经有限元法验证,得到该方法下的温度、制动力附加应力值的误差均较小,分别为1.6%和0.5%。并结合规律矩阵式得到同时考虑有载与无载下的非线性附加力的计算方法,非线性叠加与线性叠加两方法下的总附加应力计算差值随着制动/牵引力下的梁轨相对位移值的增大而增大,当梁轨相对位移小于1.8 mm时,2种方法误差少于5%,可忽略不计,但随着梁轨相对位移的进一步增加,非线性阻力模型计算的结果则更贴近于实际。     

新型钢轨打磨车车体局部结构优化分析

根据新型钢轨打磨车车体结构设计要求，采用简支梁理论和有限元方法，从减小车体质量、提高车体结构刚度和强度的角度出发，对车体底架边梁进行了优化设计。通过对车体底架工字型边梁的可变参数优化分析可知，优化后的边梁质量减小了8%,垂向静载荷下的车体挠度减小了5%,各载荷工况下的车体结构应力略有增大，最高增大了3.5%,但仍满足强度要求。     

地铁车辆底架薄壁梁吸能结构耐撞性试验与仿真研究

针对城轨列车的结构形式,以典型地铁头车车体司机室安装接口为设计约束,设计一种底架薄壁梁司机室结构.首先对城轨列车底架吸能结构进行设计,并基于模型设计,研制实际司机室结构样机,并通过冲击试验对吸能结构进行了耐撞性研究,结构撞击平台力为1450 kN,吸收能量为550 kJ.随后建立有限元模型,对吸能结构进行数值仿真,最终对有限元与试验研究结果进行分析,结构在撞击力、吸能量、变形模式、压缩位移、褶皱形状及位置基本一致.研究结果表明:试验和仿真的误差范围控制在10％以内,验证了该有限元模型拥有较高的精度,可通过仿真手段代替试验研究,进一步探究各冲击工况下的动态响应.     

合宁铁路无缝道岔群设计技术研究

研究目的:通过建立"钢轨-扣件-岔枕-道床"无缝道岔群整体有限元计算模型,对客运专线无缝道岔群受力与变形进行研究.提出客运专线无缝道岔群钢轨温度力和位移的计算方法,利用非线性有限元计算程序,计算分析无缝道岔群钢轨温度力和位移.为客运专线车站无缝道岔的设计、施工及养护提供参考. 研究结论:无缝道岔群间的相互作用和影响,使其受力与变形远比单组无缝道岔复杂的多,故对其受力与变形不利.建立的无缝道岔群整体有限元计算模型,真实地模拟了无缝道岔之间及道岔钢轨、扣件、岔枕之间的相互作用.采用ANSYS二次开发技术编制的无缝道岔群相互作用非线性有限元程序,可自动完成有限元建模、荷载的施加、方程的求解,提高了计算精度和效率.经对尖轨和心轨位移、道岔钢轨强度、辙叉跟端最大荷载的检算,满足道岔技术条件的要求.     

基于经验模式分解的钢轨波浪弯曲不平顺提取方法

钢轨波浪弯曲不平顺隐藏在轨道不平顺中。采用小波分析和经验模式分解相结合的方法,对钢轨波浪弯曲不平顺进行识别和提取分析。利用对称双正交小波对轨检车监测到的车体垂向加速度响应和高低轨道不平顺信号进行小波变换,滤除波长1 m以下成分后,基本可以保证用经验模式分解得到的第1个固有模态函数包含全部钢轨弯曲不平顺信息。对提取得到的钢轨波浪弯曲不平顺的分析表明,不同钢轨上存在的弯曲不平顺不同,钢轨存在的波浪弯曲不平顺是波长在3 m附近变化的准周期不平顺;钢轨波浪弯曲不平顺是引起车体颤振的原因。建议在提速线路和客运专线上应限制波浪弯曲钢轨上道。     

基于ANSYS二次开发的无缝道岔群参数化有限元分析

利用ANSYS的参数化设计语言APDL和用户界面设计语言UIDL，以铁路无缝道岔群为例，通过二次开发实现了无缝道岔参数输入，完成无缝道岔群钢轨温度力和位移的有限元计算分析，便于分析过程。     

球形钢支座构造间隙与钢轨支点横向相对位移关系的研究

球形钢支座目前广泛用于客运专线铁路连续梁,由于其构造间隙往往大于1 mm,而《新建时速300~350 km客运专线铁路设计暂行规定》中规定:"无砟轨道桥梁相邻梁梁端两侧的钢轨支点横向相对位移不应大于1 mm"。笔者旨在探讨球形钢支座构造间隙、钢轨支点横向相对位移以及两者之间的传导机制和相互影响,以指导球形钢支座的设计、制造和安装。     

钢轨重型化对轮轨系统动力响应及动力传递的影响

运用能量法建立车辆—轨道耦合动力学模型,结合大秦线轨道结构力学参数,分别计算分析了45,50,60和75 kg/m共4种钢轨支承下轮轨系统各结构的动力响应,研究钢轨重型化对轮轨系统动力特性的影响。研究发现:钢轨重型化对车辆系统的动力响应影响较小,而对轨道结构和路基的影响显著;随着钢轨质量及抗弯刚度的增大,车体位移、车轮加速度、轮轨力、钢轨位移、扣件力、轨枕振动位移及枕下支承力降低,车体加速度、钢轨加速度先增大后减小,轨枕加速度增加。     

客车振动舒适性评价方法在 瞬变风环境下的应用

瞬变风环境下铁道客车的振动情况较为复杂,为准确评估旅客乘坐感受,采用动力学仿真与实车试验相结合的方法,对瞬变风环境下客车振动情况与舒适性进行评价。分析兰新客专线实车试验中乘客对振动的感觉及仿真得到的舒适性值后发现,随着车速以及外部气动载荷变化次数的增加,车辆振动越来越剧烈,舒适性指标有变差的趋势;各工况中当车辆以200km/h速度运行且受到连续瞬变气动载荷作用时振动舒适性指标最差。在瞬变风环境下,GB5599,ISO2631和UIC513方法的评价结果有一定差异,原因部分来源于各方法频率加权的差别,导致各指标对横、垂向加速度频域峰值的放大作用不同。     

高速列车外风挡安装间距对风挡气动特性的影响

为探明空气动力作用下,高速列车外风挡与车体外表面安装间距对风挡气动特性的影响规律,采用三维、定常、不可压缩雷诺时均R-S方程和RNG k-ε双方程湍流模型数值算法,对0,10,20和30 mm不同安装间距的三车编组半包式外风挡高速动车组进行数值模拟,列车明线运行速度等级为350 km/h。研究结果表明:安装间距对于风挡受侧向力影响较大,尤其是橡胶弧顶与来流相对的外风挡所受侧向力与安装间距成二次函数关系,安装间距30 mm的外风挡受侧向力最大为785N;安装间距对外风挡所受阻力、升力的影响较小,橡胶弧顶相对的两块外风挡阻力方向相反,外风挡气动升力均为负升力且最大为62N;安装间距导致外风挡表面压力分布呈现规律性变化,将外风挡表面气动压力映射到有限元计算模型上,分析不同安装间距下气动载荷作用对外风挡结构变形与应力的影响。本文研究结果可对外风挡结构强度与优化设计,以及安装位置精度要求提供指导。     

不同运行方式对高速地铁气动效应的影响

为了研究时速140km/h高速地铁列车以不同运行方式在隧道中运行时的气动效应,采用三维、可压、非定常N-S方程的数值计算方法,对地铁列车由明线驶入隧道及站间运行时产生的气动效应进行数值模拟,分析不同运行方式对高速地铁隧道气动效应的影响。研究结果表明:列车站间运行时,车体表面测点压力峰峰值沿车长方向基本不变;而列车由明线驶入隧道时,车体表面测点压力峰峰值从头车向尾车逐渐降低。2种运行方式下的隧道壁面测点压力峰峰值均在中间风井处达到最小值。并且列车由明线驶入隧道时的最大车体表面和隧道壁面压力峰峰值分别为列车站间运行时的1.37倍与1.49倍。不同列车密封指数下,列车由明线驶入隧道时的车内压力变化均大于列车站间运行时的车内压力变化。因此,地铁列车由明线驶入隧道时的空气动力学效应比站间运行时更加不利。     

铁路风速风向 传感器动态响应特性实验研究

风速风向传感器能够实时准确可靠地提供风速风向数据,是确保风区铁路运输安全的关键要素之一。兰新铁路大风具有风速变化范围大、风向变化快的特性,对传感器的动态响应特性提出更高的要求。通过风洞模拟真实环境下风速风向改变的条件,对超声式和热场式风速风向传感器及强风仪分别进行动态特性实验,研究结果表明:各传感器均存在风速跟随性误差,但均满足使用要求;热场式传感器的风向跟随误差较小,超声波传感器风向跟随误差相对稍大,且风向输出不稳定;风向改变角速度降低时,传感器风向输出波动明显减小。     

地铁车辆司机室骨架结构准静态 分析与试验验证

以某型地铁车辆为研究对象,对其司机室骨架结构进行设计与评估验证。根据评估标准,提出骨架结构的设计思路,并基于有限元仿真计算,对3种设计方案进行比选;对整车样车结构进行准静态压缩工况的试验,分别测试压溃力和防撞柱各高度的位移值,通过对试验数据的分析并与评估准则的条件进行对比,发现该设计方案能够满足所有的设计要求;最后,对试验工况进行有限元模拟,并对试验数据和数值计算结果进行对比分析,结果具有很好的一致性,可以作为后续研究的基础模型。     

高速公路PPP项目贷款融资决策研究

贷款融资作为PPP项目常用的一种融资模式,有效地解决了PPP项目融资困难的问题。在贷款融资时,项目公司可通过合适的贷款计划和偿还计划使项目的投资回报达到最大。为实现项目的投资回报最大化,基于项目自身的偿债能力,以项目在建设期和运营期每年的贷款额以及项目每年偿还的本金和利息额作为决策变量,建立高速公路PPP项目的贷款融资决策模型,得出高速公路PPP项目在建设期和运营期的贷款计划和偿还计划。结合算例进行分析,充分证明了模型的有效性,为高速公路PPP项目的贷款融资决策提供参考。     

城际列车越站瞬变压力数值仿真研究

采用三维非定常、黏性、可压缩N-S方程和RNGk-ε双方程湍流模型,基于滑移网格技术,对8节编组的城际列车以160km/h速度通过地下越行车站的空气动力学性能进行模拟,分析列车速度和流线型长度对其瞬变压力的影响。研究结果表明:数值计算得到的车体和隧道表面测点的压力变化曲线与动模型试验的结果吻合较好。车站内部结构多变不对称,列车表面左右对称测点压差不明显,屏蔽门与其对面车站内壁对称测点的压差主要发生在头车通过时,屏蔽门上压力幅值比对面车站内壁大54.32%;屏蔽门表面压力变化幅值沿高度和纵向逐渐减小;流线型长度由1.5 m增加到5.5 m时,列车表面压力最大减小了10.52%,屏蔽门入口段压力变化幅值最大减小了14.06%。     

重联动车组通过隧道时气动性能研究

为研究重联动车组通过隧道时重联区域对列车气动性能的影响,采用三维、可压和非定常N-S方程的数值计算方法,对重联动车组通过隧道时压缩波与膨胀波的传播特性,列车表面压力和隧道壁面压力变化特性进行研究。研究结果表明:数值计算与动模型试验相比,压力变化曲线吻合较好,幅值偏差不超过7%,重联区域前段流线型头部进入隧道,产生膨胀波,重联区域后段流线型头部进入隧道,产生压缩波,由于重联区域产生的膨胀波和压缩波之间的时间间隔短,导致膨胀效应和压缩效应相互抵消,车体表面和隧道壁面压力变化不显著,当重联区域经过隧道壁面测点时,重联区域车体表面压力变化影响隧道壁面压力变化,使隧道壁面测点压力产生先升后降的波动。     

铁路桥梁弹塑性护栏设计及 碰撞仿真研究

提出一种适用于高速铁路桥梁弹塑性护栏设计,由立柱、吸能块和横梁组成。以3个组成部分的壁厚为设计变量,以吸能量和最大峰值力为目标响应,通过数值仿真得到优化拉丁超立方试验设计的样本空间。基于最小二乘法构建关于目标响应的三阶多项式响应面模型,通过多目标遗传算法对弹塑性护栏各组成部分的壁厚进行优化设计。以多目标优化设计的"平衡解"为弹塑性护栏的壁厚尺寸,建立简化的列车-弹塑性护栏-桥梁有限元模型,通过仿真对比现有防护墙和弹塑性护栏对脱轨列车的防护性能。研究结果表明:弹塑性护栏可以降低列车的撞击力,同时可以吸收部分碰撞能量。     

非接触式铁路货运车辆超偏载检测系统研究

针对现有铁路货运装载站存在的装货效率低,过程反复的问题,提出一种新型铁路货运车辆无线动态称重系统的设计方法,即在被测车辆底部非共线的4个点上垂直于轨面安装测距传感器,得到各测点投射到钢轨表面的位移量,从而得到车辆的超偏载信息。并设计出一种货运车辆超偏载检测装置。详细介绍车辆超偏载检测原理,系统的硬软件设计以及样机模型功能检验。研究结果表明:本系统稳定、测量精度较高、可拓展性强,可实时监测装载的超偏载状态,可达到预期效果。