横向位置对桥上挂车气动特性的影响

在行驶过程中的汽车稳定性、安全性和舒适性会受到侧风的严重影响,因此,侧风稳定性成为汽车空气动力特性的一个重要组成部分。文章以挂车车身为研究对象,采用CFD数值模拟对侧风作用下的汽车气动特性进行了研究,考虑风速、车辆位置以及车辆所受的合成风偏角对汽车气动特性的影响,计算挂车发生侧倾、侧滑的临界风速。结果表明,挂车位于横向不同位置时,在侧风的作用下其气动特性会发生改变,进行车辆的安全性分析时车辆气动力系数应考虑车辆的位置以及车辆所受合成风偏角的影响。     

桥塔遮风效应对风-车-桥耦合振动的影响

为考察横向风作用下桥塔附近风场突变对行车安全性和舒适性的影响,采用计算流体动力学(CFD)数值模拟方法对大跨度悬索桥桥塔区域桥面风场进行了仿真分析.通过组合节段模型风洞试验,测试了车辆沿不同位置的轨道运行时车辆、桥梁的气动力系数.基于不同位置轨道处的风场分布和测试的气动力系数,采用自主研发的桥梁结构分析软件BANSYS,对车辆沿不同位置轨道通过桥塔区域时的动力响应进行了对比分析.研究结果表明,桥塔附近桥面风场变化剧烈,存在局部加速效应;桥塔处风场突变效应对车辆横向响应的影响明显.     

考虑轮胎侧偏特性的跨座式单轨车桥耦合振动模型

为研究跨座式单轨交通车辆-轨道梁系统的耦合振动,以重庆市跨座式单轨交通-预应力混凝土简支梁为研究对象,建立了车辆和轨道梁的耦合振动模型。每节车辆简化为15个自由度的动力系统,并考虑所有轮胎的侧偏特性。车辆运动微分方程由拉格朗日方程导出,轨道梁简化为欧拉梁,用模态综合法建立其运动微分方程。计算了列车以不同车速通过时轨道梁的动力响应,并与实测结果和不考虑轮胎侧偏特性的模型做了比较。计算结果表明:考虑轮胎侧偏特性的模型的计算值及变化规律更接近实测值;研究竖向耦合振动问题时可不考虑轮胎的侧偏特性,研究横向耦合振动问题时应该考虑侧偏特性的影响。     

多线铁路车桥耦合振动仿真研究

为了评估高速铁路上多线铁路桥梁列车运行安全性与舒适性,以渝黔铁路白沙沱大桥为例,采用多体系统动力学软件SIMPACK建立了CRH3动车和拖车三维空间动力学模型,并通过SIMPACK的子结构技术将动车和拖车组装成列车动力学模型;采用有限元软件ANSYS建立了桥梁的动力分析模型,计算其自振特性.根据列车和桥梁子系统之间的变形协调条件和力平衡条件,在轮轨接触面的节点上进行位移和力的数据传递,基于SIMPACK与ANSYS相结合的联合仿真方法首次进行多线车桥耦合振动仿真,分析了桥梁动力学指标及列车安全性指标和舒适性指标,探索了多线车桥耦合振动的一般规律和对列车安全性与舒适性的影响程度.研究结果表明:(1)三线列车共同作用下,与单线单独行车时对应动车和拖车的车辆安全性指标(脱轨系数、轮重减载率及轮轨横向力)几乎完全一致;车辆舒适性指标(车体竖向加速度、车体横向加速度、竖向舒适度指标及横向舒适度指标)中除个别竖向加速度约10%外,其余指标都在1%以内,表明由于桥梁刚度较大,桥梁振动对列车动力学指标的影响很小,单线和多线对应动力学指标非常接近,可近似采用单线单独行车时车辆动力学指标推测多线同时行车的对应指标.(2)三线列车共同作用下桥梁主跨跨中竖向位移比单线叠加位移略大,相差1%以内,竖向位移影响系数在1.001~1.006之间;三线列车共同作用下桥梁主跨跨中横向位移与单线代数叠加位移相近,相差±10%以内,主跨跨中横向位移影响系数在1.000左右,可以近似采用单线叠加的竖向位移和横向位移推测三线列车共同作用下的竖向位移和横向位移.(3)三线列车共同作用下桥梁主跨跨中竖向加速度绝对值比单线代数叠加后的绝对值小,影响系数在0.636~0.771之间,可参照单线代数叠加的桥梁竖向加速度保守评定桥梁的竖向加速度;三线列车共同作用下的主跨跨中横向加速度绝对值比单线行车横向加速度绝对值中的最大值小,可参照单线横向加速度绝对值的最大值保守评定桥梁横向加速度.     

侧向风作用下车-桥系统的气动特性——移动车辆模型风洞试验系统

为考虑侧向风作用下车辆运动对车-桥系统气动特性的影响,针对车-桥系统气动绕流的特点,研制了一套移动车辆模型风洞试验系统,在风洞中实现了侧向风作用下车辆运动过程中桥梁和车辆各自气动力的同步测试.该系统可以较方便地改变来流风速、车辆运动速度、测试对象以及车辆与桥梁的相对位置等.根据测试信号时程的特点,提出了相应的数据处理方法,分析了车辆运动过程中桥梁和车辆动态气动力的变化特征.试验结果表明,桥梁和车辆的气动力信号较稳定,试验结果比较可靠.     

大跨度钢桁梁斜拉桥风-车-桥系统耦合振动

以某大跨度公轨两用钢桁梁斜拉桥为工程背景,通过车桥组合节段模型风洞试验,测试了不同状态下车辆和桥梁各自的气动力系数,采用自主研发桥梁分析软件BANSYS,分析了不同风速、车速、车载状态下的风一车一桥系统,研究了车辆位置和双车交会对系统响应的影响。计算结果表明：当风速为25m·S-1,车速达到100km·h。时,车辆的轮重减载率超过了行车安全性限值,且当车速达到120km·h-1时,车辆的竖向加速度超过了行车舒适性限值;风速较高时沿迎风侧轨道运行车辆的轮重减载率是系统的控制因素;车辆在空载状态下的各项响应均比在超员状态下的要大;由于迎风侧车的遮风效应,在双车交会开始和结束时车辆横向加速度出现突变。     

简支梁桥上拱度对高速行车舒适性影响研究

中小跨径的PC简支梁桥过度上拱现象经常出现对行车舒适性产生了不利的影响.基于1/4汽车模型,采用常量力移动荷载模型模拟桥梁振动,以及半正弦曲线模拟桥梁上拱后所形成的桥面纵坡曲线,分别建立了由桥梁振动和桥梁上拱引起的车辆振动响应方程,分析比较了以上2种情况对车辆振动的影响.得出桥梁振动相对于上拱度对车辆振动的影响很小的结论.     

简支梁桥上拱度对高速行车舒适性影响研究

中小跨径的PC简支梁桥过度上拱现象经常出现对行车舒适性产生了不利的影响.基于1/4汽车模型,采用常量力移动荷载模型模拟桥梁振动,以及半正弦曲线模拟桥梁上拱后所形成的桥面纵坡曲线,分别建立了由桥梁振动和桥梁上拱引起的车辆振动响应方程,分析比较了以上2种情况对车辆振动的影响.得出桥梁振动相对于上拱度对车辆振动的影响很小的结论.     

侧向风作用下车-桥系统的气动特性——基于风洞试验的参数研究

为考虑侧向风作用下车辆运动对车-桥系统气动特性的影响,基于研制的移动车辆模型风洞试验系统,针对轨道交通车辆和公路交通车辆,分别采用三车模型和单车模型,测试了不同工况下车辆、桥梁的气动力系数,讨论了车速、风向角、车辆在桥上所处轨道位置以及车辆类型等因素对车辆和桥梁气动特性的影响.研究表明,随着车速的增大和合成风向角的减小,车辆阻力系数和升力系数存在增大的趋势,车速对单车模型气动力系数的影响更显著;车辆在桥上所处轨道位置不同对车辆、桥梁气动力系数的影响均较大,桥梁气动力系数对车速和合成风向角不敏感.     

风屏障对平层公铁桥上列车防风效果分析

为探讨风屏障的防风效果,对侧风作用下平层公铁桥梁-列车-风屏障系统气动特性进行了风洞试验研究,针对两类风屏障的不同透风率和高度对不同风偏角下桥上中间列车的三分力系数进行测试,研究了风屏障在不同风偏角下的倾覆力矩系数的折减系数.研究结果表明:风屏障在桥面上安装位置不同,对列车气动力特性影响有明显区别;设置风屏障能够有效减小作用在车辆上的三分力系数,给桥上列车提供更有利的行驶环境;风屏障的透风率比高度对列车气动特性的影响要大.无风屏障作用时,侧风下单车上游时列车的倾覆力矩系数最大,受风荷载影响最显著.由于上游车的挡风作用,双车交会时下游列车三分力系数较小,受风屏障和风偏角影响也较小.风偏角在0°～15°时,风屏障透风率和高度对风屏障防风效果影响不明显;风偏角60°≤β≤90°时,设置风屏障A的风速折减率要大于设置风屏障B的,防风效果更佳.     

轮胎式轨道交通车辆动力学研究现状与挑战

总结了几种典型轮胎式轨道交通车辆动力学问题的研究现状，包括跨坐式单轨车辆、悬挂式单轨车辆、胶轮路轨车辆、胶轮有轨电车和虚拟轨道车辆，探讨了轮胎式轨道交通车辆动力学未来的研究内容。研究结果表明:跨坐式单轨车辆动力学研究集中于抗侧倾稳定性、曲线通过性能和车-桥耦合振动，根据跨坐式单轨车辆抗侧倾稳定性变化规律提出的临界侧滚角理论阐明了稳定轮和导向轮预压力的设置原则，给出了稳定轮和导向轮预压力与运行舒适度、曲线限速之间的联系，跨坐式单轨车辆提速的关键是开发性能更优的轮胎，并控制由于运行速度提高所引起的振动恶化；悬挂式单轨车辆动力学研究集中于车辆运行性能和车-桥耦合振动，其倾摆特性和横风引起的倾摆稳定性是悬挂式单轨车辆的特有动力学问题，由于车-桥耦合振动引起的钢质轨道梁低频噪声是有待研究的问题；胶轮路轨车辆在国内的研究刚刚起步，现阶段的主要问题是改善车辆的横向平稳性；胶轮有轨电车动力学研究集中于车辆运行性能和导向轮/轨关系，研究难点在于阐明其导向稳定性的机理和影响因素；作为一种新型轨道交通车辆，虚拟轨道车辆提出了许多新的动力学研究问题，包括循迹控制、机械架构与循迹控制策略的匹配性、纵向力分配、分布式驱动等，或将成为轮胎式轨道交通车辆动力学研究的新热点。      

基于柔性多体动力学的地铁车辆半主动控制

为了对地铁车辆的运行性能实现更准确的评估和更有效的优化,借助有限元理论和子结构理论建立了车体和转向架构架等关键零部件的柔性动力学模型;基于天棚半主动控制算法和柔性多体动力学理论,建立了考虑半主动控制悬挂的地铁车辆刚柔耦合动力学模型;考虑轨道随机不平顺的影响,研究了半主动控制悬挂以及结构柔性对地铁车辆运行稳定性和乘坐舒适性的影响。研究结果表明:相对于传统的悬挂装置,天棚半主动控制极大降低了车辆的振动加速度,并使其变化趋势更加平缓,对车辆的低频振动有明显的抑制作用;采用本文的研究参数,天棚半主动控制在直线段可使车辆的垂向Sperling指标和垂向振动加速度均方根(RMS)分别降低26.8%和7.5%,使车体横向Sperling指标和横向振动加速度RMS分别降低8.8%和4.9%,而在曲线段,天棚半主动控制可使车辆垂向Sperling指标和垂向振动加速度RMS分别降低25.1%和5.7%,使横向Sperling指标和横向振动加速度RMS分别降低15.6%和8.3%,车辆的乘坐舒适性和运行稳定性大幅提升;考虑结构柔性时,车辆的垂向Sperling指标和垂向振动加速度RMS相比于未考虑结构柔性时分别增大了4.3%和6.8%,横向Sperling指标和横向振动加速度RMS分别增大了3.0%和3.4%。可见,车体和构架的结构柔性对车辆的动态特性有较大影响,在对车辆运行稳定性和乘坐舒适性进行计算和评估时不可忽略。      

高速铁路缓和曲线行车动力性能对比分析

针对三次抛物线、半波正弦和一波正弦3种线型的铁路缓和曲线,以不同的列车运行速度变化规律建立了3种不同的分析工况,理论计算了车体横向加速度时变率。利用铁道车辆系统动力学数值仿真软件,建立了具有93个自由度的单节高速车模型,同时考虑轨道不平顺的影响,仿真计算了车体横向加速度时变率,对比分析了3种不同工况下缓和曲线上车体横向加速度时变率的变化情况。结果表明,在未考虑轨道不平顺时,列车以变化的速度运行,半波正弦更具优势,在车站两端加减速地段可以考虑采用半波正弦型缓和曲线,以提高旅客乘坐舒适度：轨道不平顺对高速行车的安全性和平稳性影响很大,应严格控制轨道平顺性。     

基于预瞄信息的主动悬架最优控制

在MATLAB／SIMULINK中建立了七自由度车辆主动悬架模型,以提高车辆行驶平顺性为控制目标,主动悬架作动器的输出力为控制对象,根据最优控制原理设计出了基于轴距预瞄信息的主动悬架控制策略．仿真结果表明,与无预瞄系统的控制策略相比,基于预瞄信息的最优控制策略能够有效地降低车身垂直振动加速度、车身侧倾角加速度和俯仰角加速度,车辆行驶平顺性明显提高．     

基于涡激振动的动车组隧道内列尾横向晃动机理

针对时速160 km动车组在单线隧道内列尾横向晃动问题,提出列尾气流涡脱效应引起车体涡激振动而导致列尾横向晃动的机理,研究了车辆悬挂参数改进等相关抑制措施;根据某动力车结构参数,建立车辆横向动力学模型,结合半经验非线性涡激振子模型,实现涡激振动时车辆流固耦合横向动力学计算。计算结果表明:单线隧道内动车组列尾较大的横向涡激力以及涡激频率与车体蛇行频率共振是引起晃车的主要原因;减小横向涡激力、提高车辆蛇行运动稳定性是减小晃车幅值的有效措施;针对该动力车,需避免较低等效锥度的轮轨接触,以防车辆一次蛇行导致涡激振动加剧;当转向架抗蛇行减振器阻尼由800 kN·s·m-1减小到400 kN·s·m-1,涡激共振时车体后端横向振动加速度幅值减小40%;车辆二系横向悬挂采用天棚阻尼半主动控制时,可以有效减小涡激共振区车体横向振动幅值,并能兼顾车体前后端横向平稳性。      

横风下复线路堤高度对高速列车气动性能的影响

利用Creo软件建立了某型动车组头中尾3车编组和不同高度的路堤模型,通过Fluent软件模拟列车在车速分别为300和350 km·h-1,横风风速分别为17.10、20.70、24.40和28.40 m·s-1的环境下运行,将获取的高速列车气动力载荷施加到Simpack建立的动力学模型中,计算其动力学性能参数;深入分析了横风工况下高速列车在不同高度复线路堤背风侧运行时车体的压力分布、气流场结构、气动力与风致安全性,并重点探究了头车在不同运行速度和横风风速下的运行安全性。分析结果表明:在相同车速和横风环境下,随着路堤高度的增加,列车受到的侧向力整体呈增大趋势,尾车在横风作用下受到反向侧向力,头车所受侧向力最大,且升力持续增大,中间车所受升力相对较大,尾车所受阻力最大;横风环境下列车压力峰值点位于头车鼻尖处且向迎风侧偏移,各路堤高度工况下气流场结构基本相同,头车背风侧和底部转向架处有明显的涡流,但尾车处的涡流却在迎风侧,这可能是导致尾车反向侧向力的主因;脱轨系数、轮轴横向力、轮轨垂向力和轮重减载率均随路堤高度和横风风速的增大而增大,轮轨垂向力始终在安全限值内,当横风风速分别为24.40和28.40 m·s-1时,列车运行速度应分别低于350和300 km·h-1,以保证列车行车安全。      

扭转梁式后悬架结构参数对侧倾振动影响

建立了包含扭转梁式悬架系统的整车8自由度平顺性模型和车辆瞬态侧倾模型,运用MATLAB/Simu-link仿真分析了扭转梁式悬架系统对平顺性和车辆瞬态侧倾的影响,并进行平顺性随机输入行驶试验和稳态回转试验验证。研究表明:在积分白噪声仿真路面,扭转梁式悬架系统对垂向和纵向振动几乎没有影响,但对侧倾振动动态性能具有重要影响,如固有频率、峰值时间、最大超调量等;揭示了扭转梁式悬架的扭转刚度、纵臂长度与车身侧倾角、车身侧倾固有频率、瞬态侧倾特性等之间的关系,为平顺性和操稳性协同优化设计奠定了基础。     

基于联合型模糊PID的非线性空气悬架建模与控制

为提高汽车空气悬架的行驶平顺性,针对空气弹簧的非线性特性,建立空气弹簧关于气囊压力、有效面积、垂向变形等因素有关的弹力模型.利用所建立的空气弹簧弹力模型建立单轮1/4车辆动力学模型.以车身加速度最小为控制目标,设计并建立非线性空气悬架的联合型模糊PID控制器.运用MATLAB/Simulink仿真软件,以气囊压力变化所产生的力作为控制输出量,进行计算机动态仿真.仿真结果表明：与被动空气悬架相比,针对非线性空气悬架所设计的联合型模糊PID控制器对车辆平顺性与道路友好性有显著的改善.     

三轮运输车发动机悬置系统的设计

针对三轮运输车行驶平顺性较差的问题,根据试验样车的结构特点,提出悬浮式发动机悬置系统设计方案,系统介绍了该悬置系统的结构特点,并对发动机悬置系统设计中的几个关键问题进行探讨,试验结果表明所设计的发动机悬置系统具有良好的隔振效果。     

整车平顺性仿真及试验优化

为了提高整车的平顺性,采用机械系统动力学分析软件MSC.Adam s建立了某车的虚拟样机模型;实现了随机输入路面平顺性仿真;考虑了悬架的刚度、阻尼参数对整车平顺性的影响,最后采用试验优化技术中的近似D-最优设计对悬架参数进行优化,极大改善了整车的平顺性。