空气弹簧系统垂向刚度特性的有限元分析

对空气弹簧系统材料非线性、儿何非线性和状态非线性问题以及气固耦合问题进行了理论分析，得到了在有限元分析中的处理方法．用有限元软件ABAQUS建立了空气弹簧系统有限元模型，其中帘线采用rebar单元．计算了空气弹簧系统的垂向刚度，并分析了气体压力和帘线角对垂向刚度的影响．有限元计算结果表明，空气弹簧系统垂向刚度随气体压力的增加而增加，随帘线角的增大而略减小．     

基于ADAMS/VIEW的单个空气弹簧模型的动态刚度分析

空气弹簧由于具有非线性刚度特性、容易得到较低的振动频率、自动避开共振、抑制共振振幅等优点,被广泛应用于轨道车辆的转向架上,针对CMT高速车的垂向振动问题,利用ADAMS／VIEW建立了非线性空气弹簧的等效模型,并对其进行了仿真分析．结果表明：空气弹簧的动态刚度随位移的变化呈非线性变化,载荷的极值点与位移的极值点不重合．     

空气弹簧模型对铁道车辆动力学性能的影响

建立了空气弹簧等效模型、线性模型与非线性模型,分析了3种模型对车辆直线平稳性和曲线通过安全性的影响.研究结果表明:在计算车辆直线垂向平稳性时,空气弹簧等效模型计算精度较差,而空气弹簧线性模型和非线性模型计算精度较高;由于空气弹簧线性模型比非线性模型简单,建议在计算直线垂向平稳性时优先采用空气弹簧线性模型;在计算车辆曲线通过安全性时,空气弹簧非线性模型能反映空气弹簧的充排气特性,计算精度较高;由于模型自身的局限性,空气弹簧线性模型和等效模型无法反映空气弹簧的充排气特性,计算精度较差,因此,建议在计算曲线通过安全性时采用空气弹簧非线性模型.     

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.     

回转型空气弹簧设计、仿真及实验研究

研究回转型空气弹簧设计计算的方法,采用MTS810试验机以及落锤冲击机对空气弹簧的性能特性进行了实验测试,设计计算及仿真计算结果和实验结果吻合较好.实验结果表明设计计算方法简单、准确,建立的Marc非线性有限元计算模型能够准确地模拟空气弹簧的特点,可用于空气弹簧地工程设计计算.空气弹簧冲击刚度有限元仿真计算及实验测试的方法可用于隔振元件冲击刚度计算与实验测试.     

基于UM的CRH2型车动力学建模及平稳性分析

基于多体动力学软件UM建立了CRH2型车的多体动力学模型,分析了不同工况下车辆运行的平稳性,研究了悬挂参数对平稳性的影响.仿真分析表明:车辆平稳性指标随着运行速度增大而增大;减小空气弹簧水平刚度可改善横向平稳性,适当降低一、二系垂向刚度和二系垂向阻尼有利于提高垂向平稳性.     

空气弹簧对车辆曲线通过性能的影响

建立了考虑左右空气弹簧垂向耦合模型的车辆系统数学模型,由理想气体的状态方程得到空气弹簧的力学方程,分析了车辆通过曲线时车辆与空气弹簧的动态特性。仿真结果表明:由于高度阀的动作,车辆在驶出曲线后各空气弹簧的压力不一致,导致车体不能回到静平衡位置;车辆以正常速度通过曲线时,车辆曲线通过动力学性能变化不大;在车辆多次通过同一种曲线的较恶劣工况时,空气弹簧内气压变化范围是一定的;增加抗侧滚刚度能明显抑制车体侧滚,从而减小空气弹簧内气压的变化量;增大空气弹簧横向跨距,并选择合适的刚度和阻尼,能使车辆驶出曲线后各空气弹簧压力接近静平衡值。     

空气弹簧失气后地铁车辆动力学性能研究

为了研究空气弹簧失气对地铁车辆动力学性能的影响,根据车辆系统动力学和非线性接触理论,建立了地铁车辆非线性动力学模型和空气弹簧失气状态下的黏滑接触力元模型,分析了地铁整车空气弹簧失气状态下地铁车辆的临界速度、轮轴横向力、轮轨横向力、脱轨系数、轮重减载率和平稳性指标并与空气弹簧正常状态进行了对比。结果表明:空气弹簧失气会使地铁车辆的临界速度降低,会使地铁车辆的脱轨系数、轮重减载率、横向平稳性和垂向平稳性明显增大,并且空簧失气对脱轨系数和垂向平稳性的影响尤为显著,因此必须密切关注空气弹簧的状态以保证地铁车辆平稳安全运行。     

一系弹簧刚度对C0转向架构架强度的影响

为了合理地确定中间轴的一系弹簧刚度,研究了2种不同边界条件——弹簧约束和力约束下构架部分节点的应力,分析了中间轴一系弹簧在不同刚度和不同竖曲线下对构架部分节点应力的影响,并探讨了C0转向架构架应力重新分布现象．计算结果表明,C0转向架构架有限元计算模型的约束条件必须保证3根轴的轴质量相等;中间轴一系弹簧的垂向刚度比端轴的垂向刚度小时,构架应力分布更为合理．     

车辆悬挂弹簧故障检测的能量传递特性比较法

利用弹簧刚度对悬挂传递函数的频移特性,提出一种车辆悬挂弹簧故障动态检测的新方法.对悬挂弹簧安装处的车体和构架垂向振动加速度信号分别进行7层谐波小波包分解,计算了8个低尺度的能量,在同一尺度上,将车体和构架的加速度能量相除得到悬挂的尺度能量传递特性,提出相邻时段对应悬挂尺度能量传递特性的比较方法,进行悬挂弹簧的故障检测.检测结果表明:当悬挂弹簧刚度蜕变时,其传递特性向高尺度变化,与检测机理分析得出的传递特性向低频率变化的分析结论一致,同时能够检测刚度蜕变10％的悬挂故障,因此,该方法可靠性高,具有一定的工程适应性.     

空气弹簧频变特性研究

为了研究空气弹簧不同物理参数对空气弹簧动态特性的影响,基于TPL-ASN空气弹簧模型的仿真软件ASDS建立了与试验工况一致的1/4车模型.利用该模型仿真分析节流孔直径、连接管路直径和长度、附加空气室体积、本体体积对空气弹簧频变特性的影响规律,并与试验结果进行对比分析.研究结果表明: TPL-ASN模型较准确地模拟不同物理参数的空气弹簧在不同激振频率下的动态特性;节流孔和连接管路对空气弹簧动态特性的影响主要体现在中频段,在低频段和高频段对空气弹簧动态特性影响较小;附加空气室对空气弹簧动态特性的影响主要体现在中低频段,在高频段对空气弹簧动态特性影响较小;空气弹簧本体对空气弹簧动态特性的影响主要体现在中高频段,在低频段对空气弹簧动态特性影响较小.      

装配式公路钢桥竖向自由振动分析

引入抗弯弹簧铰模拟结构接头传递弹性弯矩的特性,建立了用于装配式公路钢桥竖向自由振动分析的带抗弯弹簧铰梁模型;利用有限元程序ANSYS对接头进行数值仿真,得到了抗弯弹簧铰刚度。算例表明,抗弯弹簧铰可反映拼装式结构接头传递弹性弯矩的特性,装配式公路钢桥自振频率理论解与试验吻合很好。     

车辆系统空气弹簧失气安全性分析

建立了具有刚度衰变特性的空气弹簧失气模型和非线性粘滑接触模型,结合车辆系统动力学,模拟空气弹簧失气动态过程与失气后的应急状态,分析了空气弹簧失气后车辆系统的稳定性与空气弹簧突然失气对车辆动力学性能的影响,研究了不同失气过程时长、运行速度与曲线通过工况下空气弹簧失气车辆的安全性。计算结果表明:空气弹簧失气后车辆临界速度由623km.h-1大幅降低为351km.h-1。空气弹簧突然失气导致轮轨垂向力减小,轮重减载率增大,且失气过程越短,轮重减载率越大,失气过程为0.2s时轮重减载率达到0.651。车辆运行速度低于300km.h-1时,车速对轮重减载率和轮轨力影响不明显,当大于300km.h-1时,减载率随车速增大迅速增大。车辆通过曲线时,在圆曲线上失气最危险,轮重减载率最大为0.652。     

摆式列车受电弓垂向振动主动控制

建立了摆式列车机电耦合动力学模型、受电弓线性和非线性动力学模型及接触网有限元模型和静态接触刚度模型,组成摆式列车-受电弓-接触网耦合动力学模型,分别设计了P和H∞鲁棒控制器,应用数值仿真方法,研究了摆式列车直线和曲线通过时两种控制器对摆式列车受电弓垂向主动控制的效果。结果表明受电弓若无垂向控制,其弓网接触压力波动较大;P和H∞鲁棒控制均能减小弓网接触压力的波动;控制延时对P控制比对H∞鲁棒控制的影响大;是否考虑接触网的振动对接触压力影响较大,对控制效果影响不大。这说明摆式列车受电弓垂向主动控制能明显改善弓网接触压力波动;H∞鲁棒控制比P控制效果更好;接触网的静态接触刚度模型可用于受电弓主动控制的定性分析。     

车辆/轨道耦合作用下高速列车车轮振动影响灵敏度分析

考虑车辆一系、二系悬挂参数和轨道参数的随机性,在多体动力学软件UM当中建立了CRH2动车组拖车的随机性仿真模型;采用最优拉丁超立方试验设计方法抽取车辆参数和轨道参数的随机样本,利用多目标优化软件iSight调用随机样本,联合UM完成了随机样本仿真分析;在有限试验设计样本和仿真数据的限制下,以最佳近似精度为目标,结合最小角回归、低阶交互截断和留一法交叉验证等实现了多项式混沌展开,构建多项式混沌展开代理模型;采用Sobol法进行全局灵敏度分析,研究了直线、曲线2种工况下车辆参数和轨道参数随机耦合作用对于车轮振动特性的影响,找出了主要影响因子,并考虑了多参数之间的交互效应。研究结果表明:多项式混沌展开法能够基于已有的样本比较好地拟合出代理模型,计算出Sobol灵敏度系数,平均误差低于3%,从而可以高效、定量地分析各参数耦合作用对车轮振动的影响;转臂节点横向刚度、一系弹簧垂向刚度、一系弹簧横向刚度和二系横向减振器阻尼是对车轮振动响应方差具有较大贡献的车辆参数,轨道横向、垂向刚度是对车轮振动响应方差具有较大贡献的轨道参数,各参数之间存在明显交互效应。      

膜式空气弹簧在汽车座椅上的应用

对空气弹簧在汽车上的应用进行探讨，提出一种刚度可自动调节的空气弹簧悬架座椅结构。     

高速客车垂向悬挂稳定控制双振子模型机理研究

以Adams与Matlab作为协同仿真平台，基于双振子模型LQG控制器设计，建立了稳定控制方案和技术路线．仿真结果表明：垂向悬挂具有与双振子类似的隔振效果．尽管有横向和纵向相关运动模态的非线性影响，转向架仍可以实行有源／无源控制．仿真研究可以证实，无源控制转向架的系统机制是通过阻尼控制强制(垂向)主导运动模态处于稳定状态．     

带储能弹簧自由活塞发动机运行特性研究

为进一步提高自由活塞发动机(FPE)运行频率、指示效率及稳定性等性能指标,提出了一种带有储能弹簧的FPE内燃发电系统设计方案.对其工作原理进行了分析,建立了系统动力学-缸内热力学耦合计算模型,并试验验证了模型有效性.通过数值仿真研究了储能弹簧对FPE系统运行特性的影响,结果表明:随储能弹簧刚度增大,FPE活塞位移与速度趋于正弦变化曲线,进气口与排气口打开时刻推后;储能弹簧刚度越大,缸内峰值压力与机械效率越低,活塞速度峰值、系统运行频率及输出功率越高,储能弹簧刚度在100～200 kN/m时指示效率较高;此外,设置储能弹簧可降低FPE缸内峰值压力与压缩比波动幅度,有效抑制燃烧循环波动与偶发性失火对系统运行稳定性影响.     

城际列车车下变压器弹性吊挂刚度设计

对某城际列车车下变压器弹性吊挂的刚度(吊挂刚度)进行设计,在设计过程中,先根据隔振理论确定车下吊挂变压器系统的固有频率(吊挂频率)范围,再依据吊挂频率范围,确定吊挂刚度设计范围,将不同吊挂刚度依次建入模型,对比分析变压器激励下车体地板的频率响应特性及空气弹簧激励下车辆的运行舒适度,依据对比分析结果,确定吊挂系统的最优吊挂频率为5 Hz,采用该弹性吊挂的车辆与采用刚性吊挂方式的车辆相比,车体地板垂向振动加速度大幅衰减,并且车辆运行舒适度也明显提高,这表明所采用的设计方法正确。     

车辆弹性旁承垂向刚度分析方法研究

目前,提速货车上普遍安装的弹性旁承对货车空车的运行性能影响较大,特别是影响到空车蛇形运动的临界速度,而旁承垂向刚度是影响蛇形运动临界速度的主要因素之一．主要研究了弹性旁承在小变形和大变形两种情况下垂向刚度的计算方法．在小变形情况下,采用解析方法计算弹性旁承的垂向刚度;在大变形情况下,利用有限元软件分析其垂向刚度．通过对转8A型弹性旁承垂向刚度的实例分析,验证了丈中刚度分析方法可行．