双盘转子——电磁轴承系统的碰摩振动特性

转子系统的非线性振动是工程实际中的复杂问题,尤其转子系统碰摩振动的强非线性动力学特性,诱发倍周期分岔、hopf分岔及混沌等复杂现象。建立一类考虑碰摩故障的主动电磁轴承支撑双盘转子系统的力学模型,基于非线性动力学和转子动力学理论,采用多目标协同、多参数耦合仿真分析,运用变步长4阶Runge-Kutta法数值计算,通过获得的转子系统周期分岔图、碰摩分岔图、轴心轨迹图、Poincaré映射图、最大碰摩力及碰摩占空比曲线图,揭示了转子系统的非线性动态响应。同时研究复杂转子系统的碰摩振动特性与结构参数的关联关系。计算结果表明,系统的间隙阈值越小且转速越低条件下的周期碰摩振动越具复杂性和多样性,且系统因碰摩故障引发的最大碰摩力及碰摩占空比曲线峰值也较高。系统的定子刚度比越大,其表现出的各类周期碰摩振动的振动幅值和冲击速度越高;最大碰摩力越大。系统的偏心比值越大,系统的周期碰摩振动模式类型越多样化且混沌窗口越多;系统的各类周期碰摩振动产生的最大碰摩力和碰摩占空比也越高。同时,进一步分析了基本周期振动、亚谐振动、概周期振动和混沌的发生区域及转迁规律。研究结果可以有效地为该类转子系统动态匹配设计、大数据...     

含分数阶微分的二自由度悬架系统动力学分析

研究了含分数阶项的二自由度悬架系统,利用改进的平均法、拉氏变换法、谐波平衡法和复频域法得到了简谐激励下系统响应的解析解,比较了解析解和数值解,二者逼近的精度很高,证明了解析解的准确性。分析了分数阶参数对悬架系统的动力学行为的影响,发现含分数阶微分悬架系统响应稳态幅值能够大幅降低,其动力学性能得到极大提高。     

非线性裂纹转子系统环面分叉的数值研究

通过对非线性裂纹转子系统的数值分析，发现Ｈｏｐｆ－Ｌａｎｄａｎ分叉是存在的，但分叉出的环面上的运行可能是周期的、拟周期的或混沌的，这反映出Ｈｏｐｆ－Ｌａｎｄａｎ分叉的存在与Ｎｅｗｈｏｕｓｅ－Ｒｕｅｌｌｅ－Ｔａｋｅｎｓ通向混沌的道路不相矛盾。     

直逆向过岔时列车-道岔-连续刚构桥系统空间振动分析

针对桥上无缝道岔,运用有限单元法,建立钢轨-岔枕-桥梁系统空间振动分析模型。运用弹性系统动力学总势能不变值原理及形成矩阵的“对号入座”法则,建立了列车-道岔-桥梁系统空间振动方程组。以温福客运专线田螺大桥为例,拟定桥上铺设了由2组38号道岔组成的单渡线,计算“中华之星”电动车组,按一动四拖的编组方式,以200 km/h的速度直逆向通过时,列车-道岔-桥梁系统空间振动响应,并与列车通过路基无缝道岔和桥上无缝线路的动力响应进行对比。计算结果表明,桥梁导致钢轨和岔枕的位移增幅较大,列车动力响应有所增加,对道岔振动加速度和轮轨力影响不显著;道岔导致桥梁振动加速度小幅增加,而列车动力响应显著增大。     

钢轨重型化对轮轨系统动力响应及动力传递的影响

运用能量法建立车辆—轨道耦合动力学模型,结合大秦线轨道结构力学参数,分别计算分析了45,50,60和75 kg/m共4种钢轨支承下轮轨系统各结构的动力响应,研究钢轨重型化对轮轨系统动力特性的影响。研究发现:钢轨重型化对车辆系统的动力响应影响较小,而对轨道结构和路基的影响显著;随着钢轨质量及抗弯刚度的增大,车体位移、车轮加速度、轮轨力、钢轨位移、扣件力、轨枕振动位移及枕下支承力降低,车体加速度、钢轨加速度先增大后减小,轨枕加速度增加。     

重载货车转向架非线性干摩擦力等效线性化及在车桥耦合中的应用

采用基于振动周期内平均功率相等的描述函数法,对重载货车转向架的非线性干摩擦力进行等效线性化,即将斜楔与摇枕间的垂向和横向非线性摩擦力线性等效为垂向和横向线性阻尼力,将旁承和心盘处的回转摩擦阻力矩线性等效为同转摩擦阻尼力,进而建立重载货车的等效线性动力学模型.以C80型重载货车为例,分别采用给出的等效线性动力学模型和非线性动力学模型进行重载货车动力学仿真计算.结果表明:等效线性动力学模型虽然小幅度增大了车体的垂向和横向平稳性指标、轮轨横向作用力、脱轨系数和轮重减载率,但是仍在GB/T 5599-1985标准范围内,满足其各项评价指标要求,验证了用描述函数法对非线性干摩擦力等效线性化的正确性和合理性;说明基于描述函数法的重载货车等效线性动力学模型可以替代复杂的非线性动力学模型进行重载货车通过既有桥梁的车桥耦合动力响应分析,为重载货车的非线性悬挂系统参数优化和车桥耦合动力学性能分析提供了新的有效途径.     

考虑活动支座摩阻的大跨连续梁桥上梁轨相互作用研究

为探究活动支座摩阻对大跨连续梁桥上无缝线路梁-轨相互作用的影响,基于梁-轨相互作用及有限元理论,将活动支座摩阻等效为非线性弹簧,建立可考虑活动支座摩阻的连续梁桥上无缝线路空间耦合模型,对考虑活动支座摩阻前、后的钢轨及桥墩结构受力变形展开对比分析。结果表明,活动支座摩阻增强了连续梁与无缝线路的纵向约束,当活动支座摩阻率从0增大至0.06时,温度作用下,连续梁桥上钢轨纵向力及梁轨相对位移峰值分别减小了24.32%和29.89%,连续梁桥固定墩纵向力增加了2.44倍;制动荷载作用下,钢轨制动力、梁轨相对位移及连续梁桥固定墩纵向力分别减小了53.51%、56.94%和41.63%;断轨工况下,部分断轨力通过活动支座摩阻传递给非固定墩,连续梁桥固定墩纵向力减小了60.64%,钢轨断缝值减小了3.3%;活动支座摩阻对大跨连续梁桥上无缝线路及桥墩纵向力影响较大,建议在大跨连续梁桥上无缝线路及桥墩设计中考虑活动支座摩阻的影响。     

支座摩阻力对高速铁路大跨度悬索桥梁轨相互作用的影响

运用ANSYS软件，建立某高速铁路大跨径悬索桥桥梁-轨道-塔墩空间有限元分析模型，采用组合弹簧模拟滑动支座，通过计入滑动支座摩阻力前后悬索桥桥梁-轨道系统的纵向附加力对比分析，研究支座摩阻力对梁轨相互作用的影响。结果表明：滑动支座摩阻力对大跨度悬索桥的制动附加力、偏载下的挠曲附加力和断轨附加力的影响比较显著，对伸缩附加力和对称加载下的挠曲附加力的影响较小；当摩阻系数分别为0.03,0.05和0.1时，偏载下钢轨最大挠曲附加应力分别是不计摩阻力时的58.65%,54.67%和53.39%，对称加载下钢轨最大制动附加应力分别是不计摩阻力时的72.85%,71.87%和71.01%，偏载下钢轨最大制动附加应力分别是不计摩阻力时的42.28%,39.80%和37.67%；随着摩阻系数的增大，钢轨的制动附加应力、偏载下的挠曲附加应力和断轨后钢轨断缝宽度均呈不断减小趋势，而主塔和活动墩的墩顶水平力则呈不断增大趋势。     

列车-桥梁耦合系统非线性随机振动分析

在轨道不平顺激励下,列车过桥时发生车-桥耦合振动。由于轨道不平顺激励源是随机过程,而轮轨接触关系又是非线性的,因此,车-桥耦合振动属于非线性随机振动问题。用统计线性化方法分析车-桥非线性随机振动。轮轨接触几何关系用5个非线性函数描述,推导车-桥系统非线性振动方程。对车-桥非线性振动方程中的非线性函数进行统计线性化,得到时变的线性车-桥耦合振动方程。用虚拟激励法求解线性车-桥系统的随机响应,提出一种"显式"统计线性化方法,该法在每个时间步均无需作统计线性化迭代。最后,用Monte Carlo法验证了车-桥统计线性化随机振动分析方法具有较高的精度。算例表明,轮轨非线性接触对车辆和桥梁的随机响应影响很大,车-桥随机振动分析应合理考虑轮轨非线性接触。     

2万t组合列车纵向力计算研究

从列车纵向动力学原理入手,建立了列车纵向动力学模型。通过描述悬挂系统中悬挂力的数学方程模拟了钢摩擦缓冲器实际的干摩擦阻尼迟滞特性,通过大量缓冲器的冲击试验结果拟合出缓冲器的动态特性曲线的上边线,从而建立了钢摩擦缓冲器数值模型。由于列车纵向动力学方程是非常复杂的非线性方程,为了求解这种强非线性振动系统的响应,提出了基于Newmark-β的高精度平衡迭代算法,并进行了数值算例分析。根据Lo-cotrol同步控制装置的原理,建立了Locotrol同步控制的数学模型。完成了2万t重载组合列车纵向力计算的试验验证;分析了主控机车与从控机车的同步响应时间和制动初速对重载组合列车纵向力的影响。这些研究为重载组合列车纵向动力学的研究提供了基础。     

一类弹簧支撑系统非线性动力学特性实验研究

以线性机械弹簧和斜支撑弹簧为元件,构建了支撑系统力学模型。在仿真计算的基础上,设计并制作与力学模型相对应的支撑系统。通过测试确定系统阻尼比、固有频率等力学参数,综合利用时频域分析、相轨迹分析和庞克莱分析等方法,对支撑系统在不同激励条件下的响应规律进行了实验分析。研究结果表明实验测试结果和数值仿真结果一致,该力学模型存在典型的非线性力学特性,如稳态周期解、暂态混沌、分岔、混沌等,为其进一步推广到工程实际提供了理论和实验支撑。     

中低速磁浮列车系统振动响应的非线性度分析

基于磁浮列车车辆—轨道—桥梁耦合动力学、电磁学、控制学和现代信号分析理论,采用数学建模与数值计算方法研究磁浮控制系统不同参数状态下车辆振动响应的非线性特征(非线性度).首先建立中低速磁浮列车—轨道—桥梁的耦合动力学模型和PID悬浮控制模型;然后编制数值计算程序,计算车辆系统在不同控制参数下的动力学响应及其非线性度指标;...     

速度400 km/h轮对初始旋转惯性对滚动接触有限元模型的影响

基于显式动力学有限元方法所建立的三维轮轨滚动接触模型是研究高速铁路轮轨相互作用的有效工具。该模型既考虑轮轨的真实几何形状(包括不平顺)和材料非线性，又详细考虑轮轨间的几何接触关系和轮轨系统的纵向动力学性能，得到广泛的应用。在具体实现模型仿真时，采用隐式-显式相结合的办法。传统的做法是，隐式计算时不考虑车轮的旋转，只考虑重力作用下的静态位移场，然后将得到的静态结果作为显式计算的初始条件，同时对车轮施加前进速度和转动角速度以及转矩等条件，求解轮轨的相互作用。大量文献表明，用这种做法来启动显式动力学求解，会产生剧烈的初始瞬态响应，导致求解时间过长，甚至不收敛，尤其在速度高达400 km/h时。基于此，对上述模型进行了改进，在进行隐式计算时，首先考虑车轮的旋转，得到车轮在离心力作用下的位移，在此基础上再考虑车轮受重力作用与钢轨发生接触，得到接触斑、法向接触应力以及车轮的应力应变等，然后将更新后的结果作为显式计算的初始条件进行显式动力学求解。算例表明：改进后的模型可大大减小初始瞬态响应，减少有限元节点和网格数，从而加快计算的收敛过程，提高计算效率；轮轨力频谱存在无衰减频带，在该频带内轮轨力随着模...     

基于功能转化原理的车辆—轨道系统脱轨安全性研究

车辆-轨道系统具有非线性和随机性的特点,评价车辆-轨道系统的脱轨安全性时,必须同时考虑车辆和轨道二者的动力特性.根据功能转化和能量守恒定理,将车辆-轨道系统的响应过程视为轮轨力做功与能量的转化过程,对轨道不平顺波长-脱轨系数关系曲线归一化处理,建立权函数,用以表征车辆动力学特性,再用轨道不平顺的功率谱密度表征轨道的能量输入特性,给出评价车辆一轨道系统脱轨安全性的能量系数算法.分析结果表明:能量系数算法克服了脱轨系数基于准静态评价的不足,解决了传统轨道管理体系安全评价方法缺乏对轨道复合不平顺的评估问题.     

路面激励下900t运梁车悬架系统安全性分析

900t运梁车在经过不平路面时车身悬架系统时常发生失效。为了探究失效原因以及路障高度对悬架系统失效的影响,计算悬挂系统减振液压油缸的等效阻尼和刚度,并在ADAMS中建立900t运梁车轮胎-悬架系统通过不平路面的动力学仿真模型,仿真获取悬架系统位移、力时间历程曲线。然后将动力学模型动态响应作为输入条件,在ANSYS中建立悬架系统瞬态有限元分析模型,研究其失效部位附近的应力分布情况,揭示了由于油缸迟滞效应导致的悬挂系统零部件失效与路障高度的对应关系。     

基于响应面方法的车钩缓冲器特性曲线优化分析

为了更加真实地反映车钩缓冲器实际工作状态和进行缓冲器特性曲线优化,提出采用列车纵向动力学系统对缓冲器的特性曲线进行分析。在优化方面,从响应面方法的基本原理出发,建立响应面的子区域构造方法,运用凝聚函数和惩罚技术处理约束的遗传算法求解加约束条件的二次响应面最优解。以大秦线实际线路、列车编组以及列车纵向动力学性能为优化计算的条件,结合缓冲器数值模型建立缓冲器特性曲线的优化模型,运用所提出基于遗传算法的响应面方法对重载列车缓冲器特性曲线进行优化求解。结果说明所提方法对求解缓冲器特性曲线的优化问题非常有效。     

C62A型货车动力学仿真

应用美国ＡＡＲ的ＮＵＣＡＲＳ程序对货车建立三辆车模型并进行动力学仿真计算，分析了模型在各种不平顺组合条件下和曲线通过的系统动力响应。同时，为分析制动 工况时车轮制动力矩和两端车钩力对货车运行安全性的影响，对制动工况下的动力学响应进行了分析，并与匀速工况进行对比，得出了相应的结果。最后，从几何关系的角度 初步分析车辆的横向振动对纵向力求解结果的影响。     

转子动不平衡信号幅相特征的精确提取方法

在转子动平衡计算中，为了准确提取出转子动不平衡信号的幅值和相位特征．首先采用锁相倍频电路控制AD进行整周期采样，然后根据周期信号傅里叶变换和傅里叶级数的关系来得到。实验表明，该法简单、精确，具有良好的应用前景。     

波流作用下悬浮隧道的涡激动力响应

将单跨悬浮隧道简化成简支梁,利用梁的弯曲振动方程,在考虑结构粘性阻尼和非线性流体阻尼的条件下,采用伽辽金法和数值积分法,对悬浮隧道在波流作用下的涡激动力响应进行了计算,分析了隧道断面形式、尺寸及放置深度对悬浮隧道涡激谐振的影响。     

单层球面网壳的最不利地震作用分析

同时考虑几何非线性与材料非线性,对单层球面网壳在地震作用下结构的最不利荷载进行分析。通过对场地卓越周期及地震波平台段持时的研究,建立结构动力响应与场地卓越周期及地震波平台段持时之间的关系,明确了何种条件下的荷载为结构最不利外荷载。