车辆-轨道系统时-空随机分析模型

车辆-轨道耦合系统具有时-空域的随机特征。为了更好地研究车辆-轨道系统的时-空随机演化过程,提出车辆-轨道系统时-空随机分析模型。该模型将车辆-轨道耦合系统分为车辆子系统、轨道子系统及轮轨界面系统,可考虑车辆系统、线路系统参数的随机性及轨道随机不平顺的时变性,同时采用数论法实现不同动力参数的组合,用概率密度演化方程解决系统激励输入与响应输出的概率密度传递问题。最后,采用该模型分析了不同变异系数下的车辆-轨道系统时-空随机振动,分析中假定系统动力参数服从正态分布,并基于实测数据进行轨道不平顺的时-空随机模拟。结果表明:依据本文模型得到的计算结果符合物理概念;由于动力参数的随机变异性直接与时间相关,使得利用此随机分析模型,探讨系统动力响应的随机演化机制、制定考虑长时效的系统动力指标限值及养修计划成为可能。建议完善车线系统参数的基础检测资料。     

车辆作用下板式轨道动力分析模型及验证

基于车辆-轨道耦合动力学理论;采用多刚体动力学理论建立车辆系统动力学方程;以梁-板-板有限元模型模拟板式轨道;通过轮轨关系将车辆系统和板式轨道系统联系在一起;建立车辆-板式轨道耦合动力学模型。采用德国高速低干扰谱作为轮轨激励进行板式轨道动力学仿真分析。车辆参数按200 km/h动车组选取;轨道参数参照遂渝线板式轨道结构选取;计算多种车辆运行速度下板式轨道的动力响应;并与遂渝线无砟轨道综合试验段动力学测试结果对比。仿真计算结果与试验数据吻合较好,表明该模型正确可靠,可用于研究车辆荷载作用下板式轨道的动力学问题。     

基于虚拟激励法和辛数学方法的高速列车平稳性优化

应用虚拟激励法和辛数学方法建立了虚拟简谐载荷作用下车辆-轨道耦合系统的低自由度运动方程;基于ISO 2631—1—1997国际标准,提出了以平稳性为指标、以车辆悬挂装置参数为设计变量的最小-最大优化问题,并采用K-S函数对该问题的目标函数进行了拟合;通过耦合系统的1阶和2阶灵敏度方程,得到了K-S函数的解析敏度,并利用MATLAB的优化工具箱实现了对车辆平稳性的优化。数值计算结果表明,该方法対峰值点的优化可达58.34%。     

基于车轨耦合的弹性地基梁板模型及算法

板式无砟轨道具有变形小、稳定性好的优点,在我国铁路客运专线上应用广泛。国内外学者在建立车辆、轨道以及车辆-轨道耦合系统模型及算法方面已做了许多工作。然而,已有的模型与实际情况尚有差异,有待进一步完善。根据板式无砟轨道的结构特点,采用板单元模拟轨下结构,建立了车辆-板式轨道耦合系统动力分析模型及算法,推导了板式轨道模型单元的刚度、质量以及阻尼矩阵;考虑轮轨非线性接触行为,引入交叉迭代法求解车辆-轨道耦合系统动力学方程;仿真分析了线路随机不平顺工况下,CRH3型动车通过CRTSⅡ型板式无砟轨道时,车辆和轨道结构的动力响应。该模型与算法比已有模型更接近实际,计算结果更准确可靠。     

车辆-轨道-桥梁竖直耦合振动程序设计及仿真

为研究轨道交通车辆经过高架桥时的动态特性,以弹性支承块式无砟轨道为例,基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立了车辆-轨道-桥梁耦合系统的竖向振动矩阵方程,利用MATLAB软件编写了计算程序。数值算例验证了计算程序的可靠性。通过改变系统参数,探索了轨道不平顺、车辆速度和轨道结构竖向刚度对系统竖向振动响应的影响。结果表明:轨道振动频率分布在0~500 Hz范围内,以20 Hz以内的低频振动为主;桥梁振动频率分布在0~200Hz范围内,以一阶竖向弯曲振动为主;轨道不平顺所产生的轮轨高频冲击力可达轴重的3倍,是车辆-轨道-桥梁耦合系统重要激励源之一;轮轨力和轨道加速度响应对车速的变化敏感,车辆-轨道-桥梁耦合系统位移响应对车速的变化不敏感;扣件和支承块胶垫竖向刚度应根据设计要求在40~80 k N/mm之间进行合理匹配取值。     

机车车辆与线路最佳匹配设计原理、方法及工程实践

提出了采用系统设计思想实现机车车辆与线路最佳匹配设计的理念,论述了匹配设计的基本原理与设计方法。指出:机车车辆系统和线路系统在动态性能设计上要相互适应、相互匹配。无论设计主体对象是机车车辆还是线路,都必须将对方视为主体对象的动态环境,通过机车车辆—轨道耦合动力学理论方法考虑对方的动态影响因素,进行主体对象动力性能优化设计,同时分析评估主体设计对象对另一系统的动态作用影响,再根据动态作用影响的评估结果改进主体对象结构设计参数,如此反复,直到整体系统动态性能最优为止。由此开发了机车车辆—轨道耦合动力学仿真设计技术平台。经在若干铁路重大工程线路设计中运用,取得了显著成效。     

青藏铁路轨道不平顺界限谱研究

为了给青藏铁路养护维修、动力评估提供更为科学合理的车辆-轨道系统激振源和评判依据,基于青藏铁路较为充实的实测数据(累计里程为9.23万km),对其轨道不平顺谱展开系统研究。采用修正的周期图法分析青藏线的实测轨道不平顺数据,提出能够表征青藏线不平顺特征的统一谱密度函数拟合公式,得到了青藏线轨道平均谱的特征参数。基于谱密度的概率分布特性,给出了直接通过谱密度转换系数获得任意累计概率水平下轨道谱的方法。经过与国外常用轨道谱密度分布特征和动力仿真结果进行比较,论证了青藏线轨道不平顺统计平均谱的保守性,结合车辆-轨道耦合动力学理论,提出了轨道不平顺界限谱的动力学制定方法,计算获得了行车速度-动力指标限值下的青藏铁路界限谱及其参数。     

高速铁路线路平纵断面设计的动力学评估方法

高速铁路线路平纵断面参数对高速行车安全性与舒适性有较大的影响,从动力学角度对线路平纵断面参数设计合理性进行校核是必要的。为了对高速铁路线路平纵断面设计安全性与舒适性进行评估,本文基于机车车辆与线路最佳匹配设计原理,采用车辆-轨道耦合动力学仿真技术,提出了一套切实可行的评估方法。作为工程应用实例,结合京沪高速铁路工程实际,对京沪高速铁路线路平纵断面进行了全面的行车安全性与乘车舒适性分析评估。     

车辆-轨道系统激振源随机分析

简述轨道不平顺的时-空随机特性和时-空随机样本的概率计算及反演方法 ,基于弹性系统动力学总势能不变值原理、形成矩阵的"对号入座"法则以及车辆-轨道耦合动力学理论,建立适合不同激振源的车辆-轨道系统动力计算模型。通过车辆-轨道系统激振源随机分析,论证系统激振源与系统随机响应之间的概率转换关系;采用激振源时-空随机分析方法,可以获取系统在不同概率水平下的振动响应;将构架蛇形波作为车轨系统横向激振源计算系统响应极值具有一定的可行性。     

基于分离迭代和耦合时变的列车—轨道—桥梁耦合系统高效动力分析混合算法

为提高列车—轨道—桥梁耦合系统动力分析的计算效率,基于耦合时变法及分离迭代法,提出了1种混合算法。该算法将列车—轨道—桥梁耦合系统分解为车辆—轨道子系统和桥梁子系统。其中,车辆—轨道子系统在每一时间步需根据车辆位置对系统刚度系数矩阵进行更新,具有时变的特性;桥梁子系统的系统动力系数矩阵在整个动力分析过程中保持不变;车辆—轨道子系统与桥梁子系统通过钢轨与桥梁间作用力的平衡迭代实现耦合。利用朔黄重载铁路32m简支梁桥现场试验数据与由混合算法计算得到的分析结果进行对比,验证了混合算法的可行性。采用耦合时变法和混合算法分别计算列车通过蒙华重载铁路黄河龙门大桥的动力响应,结果表明:采用相同的时间积分步长时,2种方法拥有相同的计算精度,但混合算法比耦合时变法具有更高的计算效率,求解耗时降低了75%。     

集装箱轨道动力平车通信系统构建研究

根据集装箱轨道动力平车在不同状态下的通信需求,提出一种适用于集装箱轨道动力平车的通信系统,该系统采用中心-车无线通信、车-车无线通信、车载互联网(列车总线)和车辆总线组合的通信方式,解决在不同作业方式下的通信可靠性和防干扰措施,提高了系统的可用性。     

考虑车体弹性的车辆垂向振动特性优化研究

为了提高城市轨道交通车辆垂向振动舒适性,文章以某快速地铁车辆的中间车为研究对象,首先采用有限元分析软件建立弹性车体模型,再采用动力学分析软件建立考虑车体弹性的车辆-轨道刚柔耦合系统动力学模型,并以转向架悬挂参数和设备悬挂参数为优化对象,对车辆垂向振动特性进行优化研究。结果表明,基于优化后的一组悬挂参数,车辆垂向振动特性得到了明显提升。     

大跨度钢桥板式无砟轨道的动力性能研究

以金沙江公铁大桥为例,建立车辆-轨道-桥梁系统耦合动力学计算模型,采用通用大型有限元动力学分析软件,对车辆、轨道结构和桥梁动力特性进行计算及分析。提出车辆、轨道结构和垂向加速度主要受轨道不平顺影响,受桥梁结构影响较小,桥梁结构主要影响车辆和轨道结构的垂向位移,跨中处的车辆和轨道结构的垂向位移最大等结论。     

中国标准地铁列车时速80公里B型车关键悬挂参数研究

根据中国标准地铁列车时速80 km B型车的设计要求和相关标准建立车辆动力学模型，基于车辆系统模态特性与运行速度、悬挂参数的相关性，利用傅里叶幅值扩展法对不同变量因子的灵敏度进行分析。依据动力学指标建立优化设计模型，对一系悬挂参数和二系悬挂参数进行优化组合，利用优化后的悬挂参数对车辆在不同工况下的动力学性能进行评估，并结合“车辆-轨道”耦合动力学模型，简要分析了车体和转向架模态对车辆平稳性和振动的影响。计算结果表明，基于优化后的悬挂参数，中国标准地铁列车时速80 km B型车的各项动力学性能满足标准和设计要求，车体和转向架的耦合性较弱，车辆系统有一定的安全裕量。     

减振扣件与弹性道床垫组合减振关键参数研究

研究目的:减振扣件与弹性道床垫组合减振轨道的特点是在钢轨下和道床下同时设置减振层,轨道板厚度、扣件刚度、弹性道床垫刚度是影响列车运行品质和组合减振轨道减振性能的关键动力学参数。本文采用三维车辆-轨道耦合动力学计算模型,研究组合减振轨道关键动力学参数变化对车辆系统、轨道系统动力学性能及减振性能的影响规律。研究结论:(1)轨道板质量对各动力学指标的影响相对较小,轨道板的设计应以轨道基础预留空间和板自身的强度、耐久性要求作为控制指标;(2)与弹性道床垫配合使用的减振扣件系统的垂向刚度应大于15 k N/mm;(3)轨道板下垫层刚度取值应大于13 k N/mm3;(4)设计中宜适当提高扣件刚度,当弹性道床垫老化失去部分弹性功能后,可通过提高扣件弹性使其减振性能长期满足环保要求;(5)综合上述规律,提出了减振性能可达12 d B的扣件与弹性道床垫组合减振轨道的关键动力学参数取值方案,可为组合减振轨道的设计提供理论支持。     

超高速磁浮车-轨道梁竖向耦合振动分析

针对超高速磁浮车-轨道梁竖向耦合振动的问题,提出一种基于轨道梁有限单元模型和磁浮力比例-积分-微分(PID)控制器模型的分析方法。为提高计算效率,整体耦合系统以磁浮力为界,分为车辆和轨道梁2个子系统,车-梁之间的振动耦合则通过PID控制器计算的磁浮力来完成。组成耦合系统的子系统分别采用振型分解法和四阶龙格库塔法计算其振动响应。为验证方法的有效性以及了解超高速磁浮车桥耦合振动特性,使用Mathematica编程进行超高速磁悬浮车-轨道梁的耦合振动分析,得到运行速度为600km/h的车辆和轨道梁的动力响应。研究成果可为超高速磁浮轨道结构设计和关键技术研究提供参考。     

制动工况下“站桥合一”客站纵向动力研究

为研究高速列车制动对"站桥合一"客站纵向动力响应的影响,利用自主研发软件TTBLS-DYNA建立列车-轨道-客站耦合系统纵向动力模型。分别采用有限元方法建立轨道-客站三维空间模型,采用刚体动力学方法建立车辆纵向动力模型。依据动车组的制动减速度特性曲线,通过数值积分方法求解车辆和客站耦合动力方程,进行耦合系统纵向动力响应分析,并以天津西客站为例进行车-站纵向耦合振动分析。研究结果表明:高速列车站内制动对客站结构纵向动力响应影响较小,列车停车瞬间轨道层及高架层纵向位移及加速度达到最值;双线反向制动工况下客站各层结构纵向位移及加速度较单线制动小;车致振动沿楼层高度方向传递过程中,振动加速度逐渐衰减,屋顶层加速度最小;客站各层纵向位移及加速度最大值均随列车制动级别的增大而增大,轨道层加速度最大值增幅最为显著。     

车-路垂向耦合系统的动力分析

针对列车走行的实际情况，将轨道－路基作为参振子结构纳入车辆计算模型，建立了车辆－路基系统的垂向耦合动务分析模型。从系统的观念和体系匹配的角度研究了路基尤其是高速铁路路基设计参数与车辆运行品质的相互关系。     

曲线区钢轨双打磨廓形设计方法

为探究货运线路中曲线区段磨耗钢轨的打磨方法对钢轨的服役寿命及列车运行安全的直接影响,针对曲线区段钢轨打磨廓形设计方法开展研究.设计多段圆弧和半径等多参变量的平滑设计方法,构建钢轨廓形描述模型,结合车辆-轨道耦合动力学及轮轨接触分析,设计不同权重系数,建立缓和曲线及恒定半径曲线段的磨耗钢轨打磨廓形的多目标函数,采用优化算...     

减振轨道结构差异不平顺理论评价方法研究

研究目的:不同轨道结构之间的差异引起轨道的动力不平顺,是减振轨道结构设计的关键技术之一,理论研究缺乏系统有效的评价方法,尚未形成对减振轨道结构差异不平顺的评价和控制标准。因此,本文将车辆-轨道耦合动力学理论和灰色评价理论相结合,探究基于灰色关联度的减振轨道结构差异不平顺动力响应多指标综合评价方法。研究结论:(1)该方法采用三维车辆-轨道耦合动力学模型计算各类轨道不平顺激扰对应的动力学响应指标;(2)评价基准对象的构建以确定型几何不平顺的工程管理规范、标准为依据,根据动力学计算结果综合分析后确定;(3)评价结果以灰色关联度序列呈现,便于理解和应用;(4)算例表明,三种典型减振轨道的结构差异不平顺等效满足几何不平顺的工程规范和标准要求,在其激扰下,车辆、轨道系统的动力学性能表现较好的是钢弹簧浮置板系统,弹性短轨枕次之,减振扣件相对较差;(5)基于灰色关联度的多指标综合评价方法具有评价信息综合能力强、与工程应用结合紧密、操作过程简便的特点,该方法对采用动力学仿真方法进行轨道设计参数研究和方案评价等具有借鉴意义。