轨道交通车辆车体垂向弯曲频率优化研究

轨道交通车体轻量化是降低运营能耗、减轻轮轨间动力作用的重要手段,但车体轻量化使得车体模态频率下降,致使车体弹性振动加剧,增加结构共振的风险。研究表明,通过优化承载结构来提高整备状态下车体模态频率的效果非常有限。提出运用承载结构模态频率和整备状态质量来估算整备状态下车体模态频率的公式,以及通过下吊设备弹性悬置实现大幅提高车体整备状态垂向弯曲频率的方法,并给出悬置质量与整备状态频率的关系式。运用有限元分析模型对关系式的验证表明,简化估算公式具有很高的准确性,对车体垂向弯曲频率的优化具有指导意义。     

时速350 km双层动车组相关技术参数对车体模态的影响

以某时速350 km、16辆编组的双层动车组为研究对象,考虑车辆平衡对车辆布局进行优化,并对动车组除车体外的其他部件进行轻量化设计。建立车体有限元计算模型,采用控制变量法分析车体相关部位参数变化对车体模态的影响,优化车体结构,确定车辆整备状态下的模态频率。结果表明,通过合理的列车布局方案及编组形式,相比于16辆长编组单层动车组,双层动车组的定员可提高31.8%;通过对动车组其他部件质量进行有效控制,质量降低2.4 t;车辆整备状态下菱形模态振动频率可达10.318 Hz。     

弹性悬挂设备对列车整备车体模态的影响分析

为研究弹性悬挂设备对列车整备车体模态的影响,将车体结构等效为自由梁,建立车体结构的n阶垂弯振动方程,并联合车体结构与设备的刚体振动,建立整备车体的刚柔耦合运动方程。通过求解系统运动方程的特征根问题,得到设备的质量、悬挂频率和悬挂位置对整备车体模态的影响规律。结果显示,当弹性悬挂设备的悬挂频率远小于车体结构1阶垂弯频率时,其质量和位置对整备车体模态影响较小,但当其悬挂频率接近车体结构1阶垂弯频率时,将使整备车体1阶垂弯频率急剧减小,且设备越靠近车体中央位置,减小越明显。     

高速列车车下设备模态匹配及试验研究

本文提出计算整备状态下高速列车车体垂向一阶弯曲模态频率的数值及解析方法,研究并阐释车下设备对整备状态下车体模态频率的影响机理。基于解析方法及隔振理论,提出车下设备与车体模态匹配原则,设计车下设备悬挂参数,并针对设计结果进行试验验证。结果表明,数值方法计算精度高,但不便于工程运用,而解析方法在保证计算精度的同时,能够直接运用于车下设备悬挂设计;相对于刚性吊挂而言,车下设备采用弹性吊挂时,整备状态车体的垂向一阶弯曲模态频率会得到明显提升;车体与车下设备模态频率的合理匹配可有效避免二者间共振的发生,针对所研究的高速车辆,当独立设备固有频率设计为6.5Hz时,设备自振频率能够与车体垂向一阶弯曲模态频率有效分开。在整个运行速度区间内,车辆可以获得良好的运行平稳性,同时车下设备振动亦不剧烈。     

动车组车体菱形模态优化方案研究

随着动车组速度的提升,模态对车体的影响越来越显著。对某型号动车组车体进行结构优化并进行整车模态分析,提升整备状态下动车组车体一阶整体模态频率。提升目标为高于10 Hz,以减少动车组车体在服役环境下发生异常抖动问题的频次。研究表明,车体客室设置内端墙在车体轻量化设计和模态提升两方面均有明显优势,最终推荐的内端墙优化方案可以使整备车体一阶整体模态频率高于10 Hz。     

基于有限元建模的敞车轻量化设计

以C76运煤敞车为原型,通过理论模态计算和试验模态分析,研究运煤敞车结构在整备状态下的动态特性,给出其空车和重载条件下的各阶模态频率和振型。研究车辆结构简化的原则和约束条件,运用ANSYS软件,建立敞车结构的有限元模型并予以试验校正。对车体结构进行轻量化设计,提出在车体侧墙中部和底部增加加强筋以增强车体主框架结构刚度,并适当降低面板厚度的轻量化设计方案。经对比分析表明,该轻量化方案可降低车体重量约0.77 t,并可有效提高车体结构的静、动态特性。该方案在载重80 t全钢运煤敞车设计中得到运用,并通过了线路测试。     

地铁铝合金车体静强度计算及模态分析

应用有限元分析软件ANSYS建立某地铁铝合金车体结构的有限元模型,并根据国内外的地铁车辆技术标准和地铁车辆的实际运行状态确定载荷工况,计算车体在整备(AW0)和超常状态(AW3)下的静强度和振动模态。研究结果表明,该铝合金车体的强度满足要求。     

铁道客车模态参数识别及车体支撑刚度研究

基于有限元和试验模态分析技术对某型铁道客车车体模态特性进行了对比研究。结果表明:结构车体和整备车体主要模态频率的计算与试验误差基本都在5%以内,其计算精度能够满足工程应用要求;整备车体一阶垂弯频率高于10Hz,能够满足标准的相关要求。同时,针对铁道客车车体模态试验时弹性支撑作用下的刚度选取尚无标准规定的情况,通过研究支撑刚度对车体模态频率的影响,给出了支撑刚度的确定方法。     

机车车体和转向架模态分析研究

分析了国内外机车车体和转向架模态分析的现状,对其中存在的问题和评价方法存在的差异进行了分析,以现有的车体和转向架为例,对其在整备状态下的模态进行分析,其中重点研究在对车体和转向架进行模态分析时模型的建立问题。通过对采用不同的分析模型所得到的模态分析结果进行比较,提出了对车体和转向架模态分析有关模型的处理及评判的结论和建议。     

地铁不锈钢车体静强度计算及模态分析

简要介绍有限元强度计算和模态分析的相关理论,应用有限元分析软件ANSYS,建立地铁动车不锈钢车体结构的有限元分析模型,确定有限元模型的计算载荷和评定标准,计算车体在给定工况下的静强度,以及整备状态下的固有频率和振型.结果表明,车体静强度及刚度在各运用工况下都能满足相关标准要求.     

基于相对灵敏度分析的高速列车车体结构优化

针对某高速列车铝合金车体,对其进行静、动态特性的有限元分析,结果表明整备状态下的车体一阶垂弯频率较低。以提高车体的一阶垂弯频率为目的,利用灵敏度分析方法,计算车体的一阶垂弯频率灵敏度,质量灵敏度以及相对灵敏度。基于相对灵敏度的分析结果,确定对模态频率变化敏感的结构区域,并选取以车顶、边梁、端墙及底板等型材的厚度为设计变量的优化模型进行结构优化。优化后的车体一阶垂弯频率提升5.5%,达到11.14Hz,有效地提高了车体的动态刚度。     

铁道客车模态性能仿真计算规范探讨

以某型干线铁道客车为例,对直接影响整备状态铁道客车车体模态性能计算结果的因素进行了系统研究,并初步提出了铁道客车模态性能仿真计算规范。依据该规范计算铁道客车整备状态下的模态性能,既可以提高仿真工作效率,又可以提高车体模态计算结果的准确性和一致性。     

客车车体的试验模态分析

本文介绍了试验模态分析技术在客车车体动态特性研究中的应用。阐述了多自由度系统实模态分析的理论基础上及模态参数识别原理，以冻结的动画振动展示了二等座车车体钢结构及整备状态下车体的主要模态，并对此作了分析。最后就车体动态特性的有关问题，车体的设计优化和结构改进提出了看法。     

侧墙窗户对动车组铝合金车体模态的影响

以动车组铝合金车体结构模态分析为切入点,重点研究侧墙窗户结构参数对车体模态的影响.以某型号动车组的窗户结构设置为研究对象,建立铝合金车体有限元模型,通过Lanczos法获取车体前6阶模态频率,并通过对车体质量和模态的对比分析,提出有利于提高车体模态的窗户设计建议.     

悬挂式单轨交通系统车辆强度与振动模态分析

基于有限元理论,对某型悬挂式单轨交通车辆车体进行了仿真计算,按照相关标准的要求,结合车辆的实际运行特点,选取了车体纵向压缩、纵向拉伸、单端坠落、两端坠落和架车5个主要静强度工况,以及车体铝合金结构和整备状态的车体结构进行了模态分析计算。研究结果表明:各个主要静强度工况下车体的最大应力均满足要求,并且安全系数都在1. 15之上;两种状态下的车体一阶垂弯振动频率及一阶扭转振动频率均大于10 Hz。另外,悬挂式单轨交通系统车辆作为一种特殊的轨道运载车辆,应特别考虑其防坠落装置的安全性。     

双层动车组车体结构灵敏度研究

车体结构灵敏度为车体结构修改提供依据,是现代车体结构设计过程中的重要内容之一。本文以某双层动车组车体为研究对象,建立车体有限元模型,计算车体模态、应力及变形。以车体底架、侧墙、顶板、端墙等不同部位板厚度参数为设计变量,用半分析灵敏度方法,以车体模态频率、静载荷作用下的应力和变形为设计响应,计算响应对各设计变量的灵敏度。计算结果表明,车体前3阶模态频率随底架、侧墙、车顶结构厚度的增加而增大,随端墙、牵枕缓部位板件厚度的增加而减小;车体底架变形对下底板、车顶、侧墙各板板件厚度灵敏度较大,为负值;关键位置应力灵敏度多为负值。通过灵敏度计算分析,揭示影响车体性能的主要因素,明确提高车体模态频率、减小变形及应力的措施。通过灵敏度分析对车体结构进行修改,在提高低阶模态频率并保证变形和应力满足要求的前提下,使车体质量减少410kg。     

基于ABAQUS的车体强度分析

根据某型机车车体结构特点,采用Hypermesh软件建立了结构有限元模型;根据EN 12663-2010,参考UIC 566及JIS E 7106 2006,设计了车体计算载荷工况;采用ABAQUS软件对车体钢结构进行了静强度、疲劳强度及模态分析。强度分析结果表明,车体结构强度满足标准要求;模态分析提供了车体结构的前25阶模态频率和模态振型,为车体系统的故障诊断和优化设计提供建议。     

出口埃及不锈钢客车车体

文章介绍了出口埃及不锈钢客车车体结构执行标准、总体方案、主要参数和车体断面设计原则;阐述了车顶、侧墙、底架和端墙的结构特点。对车体进行了静强度计算和模态分析,结果显示车体各部位计算应力值均低于所用材料的许用应力,最大垂向载荷下车体垂向变形小于两转向架支撑点间距值的1‰,整备车体一阶垂向弯曲自振频率与转向架自振频率比值符合标准要求。对首辆车进行了静强度试验,试验结果表明车体强度符合UIC 566标准。     

70%低地板轻轨列车车内声学计算与分析

通过对70%低地板车辆进行动力学建模,仿真得出车辆正常运行时二系结构与车体连接处的力和两处下铰力,以此作为激励对车体结构有限元模型进行频率响应计算。用计算得到的车体位移激励车体声学有限元模型,得到车内声学模态、声场分布和ISO标准场点响应。结果显示,车体在几个特定频率下的声压级超出了车内噪声指标。通过对几个特定频率下的各板件声场贡献量计算,得到车顶正贡献量较大,可提供给厂方进行结构优化。同时,根据结构模态、声学模态计算结果对车体下吊设备频率提出了建议。     

高速车体结构参数对车体模态频率的影响分析

合理的高速车体结构设计不仅能最大程度发挥车体结构的承载能力,也能减小车体振动,提高乘坐舒适度。为研究车体结构参数对车体模态频率的影响,建立了车体结构有限元分析模型,深入分析车体结构各部件主要尺寸的厚度变化对车体模态特性的影响,得到了内外地板、侧墙内壁及车顶等厚度尺寸对车体垂弯、扭转和菱形模态频率影响规律。结果表明,车顶厚度的变化对车体模态频率及车体弯扭频率比的影响最大,从而为车体结构的动态设计提供依据。