基于随机激励响应的参数识别相关函数法

以桥梁节段模型风洞试验为工程背景,建立桥梁节段模型的竖向和扭转耦合振动微分方程.风荷载对桥梁的作用可以考虑为气弹阻尼力、气弹刚度以及高斯随机激励力;利用随机振动理论,推导了随机激励下两自由度振动响应的相关函数方程,利用最小二乘法构造参数识别方程.提出了基于随机激励响应的参数识别相关函数法,并用数值模拟方法验证了该方法的有效性,最后将该方法应用于识别风洞试验系统中的刚度矩阵和阻尼矩阵.研究结果表明:在低风速条件下,方法所得结果与自由振动时域识别法获得的结果接近.     

匀变速运行轨道车辆非平稳随机振动分析

研究了匀变速运动过程车轨耦合系统非平稳随机振动问题.车轨耦合系统所随机激励等效为调制演变非平稳随机激励模型形式,应用虚拟激励法将耦合系统非平稳随机振动分析转换为确定性的时域逐步积分分析,并通过构造适当的精细积分格式实现该问题的有效求解.在数值算例中,通过与蒙特卡罗方法对比,验证了所建立方法的正确性,进一步讨论了不同变速情形车体随机振动响应.     

多分量多点平稳随机地震响应的快速算法

为了解决多分量多点激励作用下大跨度桥梁平稳随机响应的计算问题,在单分量虚拟激励法的基础上,提出了多分量多点地震激励下计算大跨度桥梁平稳随机响应的虚拟激励法.理论证明,该法具有与经典随机振动理论精确解相同的精度,而计算速度比经典随机振动理论快10倍,且可方便地计入行波效应或部分相干效应.     

钢管混凝土拱桥的多维平稳随机地震响应

用随机振动理论，对钢管混凝土拱桥的多维地震响应的计算方法和响应特性进行了研究．提出了多维激励作用下的虚拟激励法，采用该方法分析了钢管混凝土拱桥在多维激励作用下的平稳随机响应特性，并探讨了主拱横撑刚度对结构响应特性的影响．结果表明，多维激励作用下的虚拟激励法与传统的随机振动理论具有相同的计算精度，但速度要快得多；横向激励和竖向激励对拱肋内力的影响较大，拱肋内力响应有随横撑剐度增大而增大的趋势。     

具有非线性阻尼的铁道机车车辆的横向随机振动

本文论述铁路机车车辆系统的非线性随机动力响应。证明了受白噪声激励的非线性阻尼二阶动力系统的FPK方程在一般情况下没有可分离变量形式的稳态解。系统的已知随机振动是轮轴的横摆与侧滚振动。应用了统计线性化法求解非线性随机振动问题。分别研究了一系和二系非线性悬挂系统的随机动力响应,并对结果作了比较。     

高速铁路简支梁桥车桥系统随机响应

为探讨高速铁路简支梁桥车桥系统的随机响应,采用虚拟激励法,将轨道高低不平顺转化为一系列频率点处简谐荷载的叠加,使非平稳随机振动问题转化为确定性的时间历程问题.采用分离迭代法求解车桥系统运动方程,运用三倍标准差原理确定车桥系统响应的最大、最小值.最后,讨论了简支梁桥车桥系统的随机响应在不同列车运行速度下的变化规律.研究结果表明:车体竖向位移和加速度的随机性较大,桥梁跨中竖向响应及轮对受到的竖向轮轨力受确定性荷载的影响较大;列车运行速度对桥梁跨中竖向加速度最大值、车体竖向加速度最大、最小值的影响较大.     

桥梁结构随机振动分析

桥梁结构的随机振动有别于其他结构。由于车辆在桥上的位置是不断变化的,因此,即使作为输入的随机激励是平稳随机过程,车桥的动力响应也超出平稳随机过程的范围,即质量在梁上不断的运动,使系统运动方程组成为一个时变系数的二阶微分方程组,一般只能采用逐步积分的数值方法,也可以用频域法,假定其频率响应函数在瞬间不随时间变化,近似的处理这种时变性问题。     

扣件胶垫刚度频变的车-线-隧垂向耦合随机振动虚拟辛分析

为了精确预测车辆转向架、车轮及轮下系统的随机振动频域响应,综合考虑扣件胶垫的低频初始刚度及其刚度频变幅度,运用无穷周期子结构的辛数学方法与虚拟激励法,建立了车-线-隧垂向耦合随机振动虚拟辛分析模型,分析了扣件胶垫频变刚度对耦合系统随机振动的影响.结果表明:扣件胶垫刚度频变对车体垂向随机振动的影响可以忽略,但会提高转向架频率57 Hz以上的随机振动,并显著提高轮对与钢轨随机振动加速度功率谱最大峰值与其对应的第1主频;扣件频变刚度使轨道结构的自振频率及向高频发生偏移,轮轨共振频带的能量也向高频区域转移,轮对加速度功率谱在频域内的分布向高频部分偏移约8.6 Hz.     

基于增广矩阵的机车垂向随机响应分析

为建立机车各部件的垂向动力学微分方程，计算各悬挂力的输出响应，建立了系统质量、阻尼和刚度的增广矩阵．为避免在计算系统输出谱密度时计及各个输入的互谱密度，利用机车中各轮对处输入激励之间存在着确定时延的关系，将6个轮对处的多输入激励换算成单输入激励，使系统成为单输入多输出线性系统．根据线性系统的叠加原理，通过频率响应矩阵的谱分析，得到转换后的单输入、多输出系统的频率响应函数．假设输入函数为各态历经的平稳随机过程，得出各输出响应的谱密度与频率的关系．     

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.     

基于路面识别的主动馈能悬架多目标控制与优化

针对主动悬架减振性能和馈能特性在不同等级路面适应性较差的问题,建立了非线性电磁主动悬架模型; 考虑车辆在行驶过程中悬架簧上质量存在不确定性,提出了一种主动悬架自适应滑模控制器; 基于不同路面下悬架动力学响应数据,采用自适应模糊神经网络算法识别路面等级,确定控制器目标系数,实现了主动悬架安全性和舒适性之间的协调; 研究了电磁主动悬架馈能特性及其切换控制策略,在此基础上,考虑电磁主动悬架安全性、舒适性和节能性的矛盾关系,采用多目标粒子群优化(MOPSO),以悬架动力学性能和馈能特性为设计目标综合优化控制器和悬架结构参数,并通过模糊集理论对多目标优化后的Pareto解集进行最优解选取。研究结果表明:模糊神经网络对不同等级路面下非线性电磁主动悬架的最大识别误差能够控制在10%以内,满足识别准确性要求; 在C级路面条件下,优化后的主动悬架与传统被动悬架相比,簧上质量振动加速度减小了35.3%,轮胎动行程增大了7.7%,但可以控制在10%的安全范围内; 与原主动悬架相比,优化后悬架簧上质量振动加速度减小了10.5%,馈能效率增大了1.7%,优化后自适应滑模控制器能够更好地协调悬架馈能特性和减振特性; 建立的非线性电磁主动悬架模型可实现不同路面等级下悬架系统安全性、舒适性和节能性的综合最优。      

基于MATLAB的非独立悬架振动特性分析

为研究非独立悬架在路面行驶时外界环境对车身振动响应的影响,建立了简化的四自由度1/2车辆悬架系统的线性模型;运用随机振动的基本理论,以路面不平度的功率谱密度为输入分析路面不平度等级、行驶车速和车身质量对车身振动的影响。通过MATLAB实例分析,表明车身振动随车速和路面不平度的增加而增大,在不超载的情况下提高承载质量有利于减小车身的振动。     

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。      

路面随机激励下的汽车振动仿真分析

基于某车参数建立汽车5自由度线性振动模型,模型中引入了后轮滞后路面随机激励,采用MMATLAB/SIMULINK对整车振动进行仿真模拟,将前后悬架刚度改进前后的车身和座椅处的加速度、悬架动挠度及车轮动位移4项指标进行对比分析,进而对前后悬架刚度进行优化,从而改善车辆平顺性和乘坐舒适性,可为车辆平顺性设计提供参考。     

高速综合检测列车车体与车下设备耦合振动分析

针对时速400km高速检测列车,建立了刚柔耦合的车辆非线性系统动力学模型,探讨了车下弹性悬挂系统的振动特性．通过仿真和理论分析,研究了检测列车整备状态车体结构模态参数与车下悬挂设备模态参数间的匹配关系,给出整备状态车体与车下有源设备最佳模态参数匹配原则,确定了车体与车下设备悬挂件最佳匹配参数．研究结果表明：该方法可以根据车下悬挂系统的动态响应,有效确定时速400km高速检测列车的最佳车下悬挂方案．     

高速动车组弹性车体和设备耦合振动特性

为研究车体和车下设备之间的耦合振动关系,建立了高速动车组的车辆刚柔耦合系统动力学模型;考虑车体弹性模态振动,采用扫频激励法,仿真分析设备质量、刚度、阻尼和安装位置对系统振动的影响;研究了不同参数相互作用下的振动特性.研究结果表明:与设备采用固接方式相比,弹性联接可显著降低车体弹性振动,设备质量越大且越靠近车体中部安装,对抑制弹性振动效用越显著;设备质量小于1.0 t或者距离车体中心6 m以上时,降低弹性振动的效果较小,阻尼比为5%~30%时,效果较好.利用机车车辆滚动振动试验台进行设备悬挂振动特性测试,表明设备采用弹性联接可显著改善高速动车组的乘坐平稳性,运行速度等级越高,效果越显著,最大可改善约15%.      

单磁铁悬浮系统自激振动的稳定性分析及抑制

为了研究EMS型磁浮列车起浮后与轨道相互耦合发生的自激振动对车辆安全性、舒适性造成的影响,建立了单磁铁悬浮系统的车体-悬浮架-轨道的动力学模型.分析了车-轨系统的稳定性及悬浮控制器和系统各主要参数对振动的影响,提出了系统各参数和稳定性关系的表达式,讨论了运用瞬时最优控制算法抑制车-轨自激振动的具体方法.数值仿真了在3组不同系统参数条件下瞬时最优控制对于自激振动的抑制效果.研究结果表明:车辆结构、悬浮控制器、轨道各主要参数在车-轨自激振动中相互影响;当仿真系统起浮10 s时,悬浮气隙振幅分别减少了59%、62%、5%,轨道振幅分别减少48%、94%、73%,表明了控制方法的有效性.      

基于AMESim电控空气悬架系统性能仿真研究

基于AMESim软件建立1／4空气悬架系统模型,利用Matlab软件设计空气悬架系统控制器,使用Matlab和AMESim对空气悬架系统进行联合仿真。白噪声路面信号输入下的联合仿真结果分析表明,安装主动空气悬架系统车辆的最大振动加速度与振动加速度均方根、平均车身高度、动载荷均比安装被动空气悬架系统的车辆小,该仿真结果符合有关主动空气悬架系统的一般研究结论,该控制方法可以有效提高车辆的平顺性。     

路面随机不平度下车辆对路面的动载特性

采用快速傅立叶逆变换法对路面随机不平度进行时域模拟,建立二分之一车辆动力学模型,应用龙格-库塔法分析了路面等级、车速、载质量和车辆参数对路面动载荷的影响,研究了车辆产生的动载荷规律。仿真结果表明:车辆动载随着路面不平度的增大而明显增大;车辆动载和动载系数随着车速的提高而增大,且在固有频率附近会出现峰值;载质量的增加虽导致动载系数降低,但动载增大,故应严格限制超载现象;增大轮胎刚度和减小悬架阻尼都会引起车辆动载与动载系数的增大,因此,应限制高压轮胎的使用和选择合理的车辆阻尼参数。     

基于刚柔耦合建模的某轻型货车振动特性仿真分析

以某轻型货车为研究对象,基于HyperMesh和ADAMS建立整车刚柔耦合模型,主要包括柔性体车身模型及前/后悬架、转向系等刚体的模型。基于路面激励的随机振动仿真分析,得到不同工况下车架放置货物处的加速度时间历程及功率谱图,计算出加权加速度均方根值。评价结果表明:所建的刚柔耦合整车模型正确,该型货车在正常行驶时的振动特性较理想,货物在运输过程中振动较小。