柔性多体系统中的刚-柔耦合动力学

基于Von-Karman变形理论，描述了弹性梁中面的耦合变形和大范围刚体运动之间的耦合，利用Jourdain速度变分原理和单向递推建模方法建立了由梁式构件组成的树状柔性多体系统的程式化耦合动力学方程，通过两个典型算例验证了这种耦合变形和大范围运动之间的耦合效应对作高速大范围刚体运动柔性多体系统动力学性质的影响。     

刚-柔耦合系统动力学分析

给出了刚．柔耦合系统的运动学描述方法，利用Hamilton变分原理和弹性梁的变形理论，建立了包括中线耦合变形与刚体大范围运动相互耦合作用时弹性梁的运动学控制方程，利用Garlerkin模态截断，从物理意义上解释了学们多年来一直在研究的动力刚化现象，最后用数值模拟验证了理论的正确性．     

刚-柔耦合系统动力学分析

给出了刚-柔耦合系统的运动学描述方法,利用Hamilton变分原理和弹性梁的变形理论,建立了包括中线耦合变形与刚体大范围运动相互耦合作用时弹性梁的运动学控制方程,利用Garlerkin模态截断,从物理意义上解释了学者们多年来一直在研究的动力刚化现象,最后用数值模拟验证了理论的正确性.     

轮对柔性对车辆动态曲线通过性能的影响研究

为了研究车辆系统中轮对的弹性效应对车辆动态曲线通过性能的影响,运用多体系统刚柔耦合动力学理论,通过有限元软件ANSYS将轮对柔性化处理后导入多体动力学软件UM中,建立考虑轮对为柔性的某型高速车辆刚柔耦合动力学模型,研究轮对柔性对高速车辆动态曲线通过的各项安全性能指标及平稳性的影响,对比分析不同工况下轮对刚性与柔性对高速车辆动态曲线通过时的动力学响应。结果表明:刚柔耦合动力学模型的脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力和垂向平稳性指数较多刚体动力学模型均有不同程度的降低,而轮轨接触角、轮对侧滚角位移和横向平稳性指数较多刚体动力学模型有所升高。考虑轮对的弹性效应对车辆动态曲线通过性能有一定的影响,柔性轮对较刚性轮对更能真实地反映车辆系统的动力学性能。     

柔性构架的动应力仿真

采用有限元软件ANSYS建立了CW200型转向架构架的柔性体模型，在此基础上，利用动力学软件SIMPACK建立，完整的CW-200型客车系统动力学模型，通过时域积分，计算出系统结构的振动响应和各项动力学指标，把构架动态载荷重新引入ANSYS中后得到构架各部位的应力分布云图以及关键部位的动态应力-时间历程。本文的研究方法不仅实现了有限元计算与多体动力学分析之间的有效结合，而且完成了多体系统动力学研究中刚体与柔性体之间的耦合，是构架设计新方法的尝试。     

高速磁浮列车−柔性轨道梁横向耦合振动

时速600 km/h高速磁浮列车-轨道梁耦合系统的横向动力学性能对系统安全性、舒适性和经济性有重要影响,有必要建立列车-轨道梁的横向耦合振动统一方程组模型进行研究.基于多刚体动力学,采用矩阵组装法建立246自由度的5节编组列车横向振动微分方程组;基于连续体受迫振动理论,采用模态叠加法建立240自由度的40跨柔性轨道梁的...     

独立轮对柔性耦合转向架耦合刚度对动力学性能的影响

提出一种独立轮对柔性耦合转向架的方案。通过理论分析得知,一旦耦合刚度合理匹配,该转向架就会在二系悬挂系统和柔性耦合元件的协调作用下自动把前后轮对调整到径向位置,这说明独立轮对柔性耦合转向架有望彻底解决独立轮对的导向难题。然后通过数值仿真全面分析了耦合刚度对独立轮对柔性耦合转向架动力学性能的影响,找出了其影响规律,获得独立轮对柔性耦合转向架耦合刚度的最佳匹配关系,为今后独立轮对柔性耦合转向架的方案设计提供了重要的理论依据。同时本文还提出了独立轮对柔性耦合转向架能产生类蛇行运动的新观念。     

EMS型磁浮列车模块的运动耦合研究

EMS型低速磁浮列车通常采用模块化的转向架结构,模块是集悬浮、导向和牵引功能于一身的基本功能单元.模块内部的2个悬浮端通过刚体连接,导致两端的运动状态互相耦合.常用的处理方法是将这种耦合作为系统的外部干扰,通过提高系统的鲁棒性加以抑制.本文从机械运动的角度,研究了EMS型低速磁浮列车模块的耦合问题,提出通过解耦算法实现2个悬浮端之间的运动解耦.首先在对物理模型进行合理简化和假设的基础上,建立了模块悬浮系统的数学模型,并以此为基础分析了模块运动耦合的本质,然后提出了通过反馈线性化方法实现模块运动电气解耦的方案.仿真结果表明,模块的运动耦合对悬浮系统动态特性具有显著的影响,本文提出的解耦方案可有效地解决耦合问题,简化悬浮控制器的设计,提高悬浮系统的性能.     

基于ANSYS与SIMPACK联合仿真的柔性轮对动力学仿真分析

介绍了有限元软件ANSYS与多体动力学软件SIMPACK联合仿真的方法,利用ANSYS分析得到的结构和模态等信息将轮对进行弹性化处理,而仍将车体、构架等部件作为刚体;在SIMPACK软件中建立了完整的刚柔耦合车辆系统动力学模型,比较分析了柔性轮对和刚性轮对车辆动力学的影响。研究表明:在直线运行速度不高时,轮对为柔性对车体动力学性能基本没有影响,在车辆高速运行时,考虑轮对的柔性是非常有必要的;在通过曲线时,柔性轮对模型的曲线通过性能略优于刚性轮对模型,更加符合实际情况。     

V500高速受电弓模型的适用性研究

为了分析不同受电弓模型的适用性,针对国内自主研发的V500高速受电弓样机进行动态参数识别,获取受电弓2质量块和3质量块模型的动力学参数,建立受电弓多刚体模型、刚柔耦合模型、2质量块模型和3质量块模型,并对各模型进行频响分析。结合武广线接触网,建立弓网耦合动力学模型,通过动力学仿真计算分析各受电弓模型的适用性。结果表明:在仿真计算中,受电弓2质量块模型可以替代多刚体模型,3质量块模型可以替代上框架为柔性体的刚柔耦合模型;在低于250 km/h时,2质量块模型有较好的适用性,当速度高于250 km/h时,采用3质量块模型比较合理。     

N1004型铁路救援起重机的轮轨垂向作用力分析

建立了N1004型救援起重机-轨道系统垂向振动耦合动力学模型，分析了该机正常救援作业轮轨作用力。模型将起重机简化为自由度等于20的多刚体系统，应用振型分解法把钢轨简化为Euler-Bernoulli梁，轨枕和道床也当量离散化为多体系统，通过Hertz非线性接触理论将救援起重机和轨道系统联系在一起。计算结果表明，该特种车辆的轮轨接触力大于一般铁路车辆的试验值。     

多柔性因素下轮轨接触动态行为特性的研究

为提高车辆系统振动响应的计算精度,基于刚柔耦合动力学理论,将轮对、构架和轨道均考虑为柔性体,建立了考虑多柔性因素的车辆-轨道耦合动力学模型,对比分析了轮轨间动态作用的振动特性,研究了多柔性因素下的轮轨接触动态性能和运行平稳性能。结果表明:多柔性因素下,车轮振动加速度在垂向上有较大变化,柔性部件的横向运动出现"错位";各项动力学指标均有变化;车体加速度在垂向上最大增幅为36.7%,而横向上却与线路半径有一定的关系;横向上,多柔性因素下车体Sperling指数降低,降幅为9.5%,而垂向上该指数却增高16.6%。     

考虑车体柔性的货车动力学仿真

应用柔性多体系统动力进行货车动力学仿真研究。以货车Ｃ６２Ａ和罐车Ｇ６０为对象，把转向架和轮对作为刚体，车体作为柔性体，对车体建立有限元模型并进行模态分析，用超单元概念通过界面凝聚功能对柔性车体进行预处理，组成刚－柔耦合的车辆动力学模型并进行动力学仿真计算，通过与刚性系统模型的运算结果进行对比，分析车体的柔性效应对安全性的影响，仿真计算是采用有限元分析软件ＮＡＳＴＲＡＮ（ＭＳＣ）和多体系统动力学软件     

电动汽车多动力耦合系统结构与分析

说明了动力耦合系统的范围,将纯电动耦合系统考虑在内;总结了传统动力耦合系统,比较了各类耦合机构的转速、转矩特性,指出了各种耦合机构的优点和存在的不足;并预测了多动力耦合机构发展趋势,对纯电动耦合发展方向提出了几点建议。     

柔性耦合单轮对走行系统的曲线性能分析和参数设计原则

建立柔性耦合单轮对走行系统的曲线通过模型。分析轮对冲角、脱轨系数和磨耗指数等主要性能指标与耦合连接横向、回转刚度等参数的关系,给出相应的连接参数设计原则。研究表明,柔性耦合轮对可以实现几乎纯径向的曲线通过,轮对曲线性能的耦合回转刚度的优化与单轮对系统的二系悬挂、车辆定距和耦合轮对轴距等参数有关,在优化耦合连接回转刚度的基础上,可以通过提高耦合连接的横向刚度来增加铰接车组的运动稳定性。     

HXD2型6轴电力机车动力学模型研究

针对HXD2型6轴电力机车的动力学性能，建立了较为详细的6轴机车在弹性结构轨道上运行时的空间耦合动力学模型。对于机车子模型，假设车体、转向架和轮对均为刚体，各部分通过两系悬挂连接起来，形成一个多自由度质量-弹簧-阻尼系统，每个刚体均具有5个自由度，整个机车模型共有45个自由度。对于轨道模型，左右两股钢轨均视为连续弹性离散点支承基础上的无限长Euler梁，并考虑钢轨的垂向、横向及扭转振动；轨枕视为刚性体，并考虑轨枕的垂向、横向及转动；道床离散为刚性质量块，只考虑道床垂向振动。而对于轮轨关系模型，采用了先进的空间耦合关系模型。     

基于Romax刚柔耦合模型的隧道牵引机车用车轴齿轮箱设计

以齿轮传动分析软件Romax为建模平台,借助三维软件Inventor和有限元前处理软件Hypermesh,建立了包含柔性车轴和柔性箱体在内的隧道牵引机车用车轴齿轮箱的刚柔耦合模型。在综合考虑柔性体变形、轴承间隙和齿轮啮合错位的基础上,依据载荷谱进行了齿轮修形设计、齿轮疲劳强度、轴承寿命和箱体静强度及模态的校核计算。计算结果和实际运行情况表明,该刚柔耦合模型用于车轴齿轮箱的设计开发是可行的。     

不同悬挂方式驱动系统的垂向耦合系统动力学模型

简单介绍了驱动系统中牵引电机不同悬挂方式下的几何结构及应用范畴,从工程实际应用角度出发,基于车辆—轨道耦合动力学理论,以B_0-B_0构架为本体,建立了各悬挂方式下构架—驱动系统三刚体多自由度的"质量—刚度—阻尼"垂向振动力学模型,依据其结构的几何和运动关系,根据达朗贝尔原理列出各悬挂方式各刚体的振动微分方程,为驱动系统垂向振动的数值分析和仿真分析提供理论基础。以抱轴式悬挂系统为仿真分析对象,验证其数学模型的正确性及可靠性,并分析各刚体的振动特性。     

基于UM的高速磁浮车辆刚柔耦合建模及振动传递规律研究

为研究高速磁浮车辆刚柔耦合模型的振动传递特性,首先对某型磁浮车辆进行了刚体建模以及刚柔耦合建模,并给出了柔性体悬浮架的自由振动模态,电磁力元的力学模型。然后采用时域和频域两种方法分别分析了刚性体模型和柔性体模型臂爪处、空气弹簧座处和车体的垂向加速度传递特点和横向加速度传递特点。     

独立轮对柔性耦合径向转向架的导向特点

通过理论分析推导出独立轮对柔性耦合径向转向架最佳耦合刚度的表达公式,该公式表明:独立轮对柔性耦合径向转向架导向能力的好坏关键在于耦合刚度的选取,而耦合刚度的选取只与列车系统的二系悬挂纵向刚度、二系悬挂横向跨距、车辆定距、转向架轴距等内在结构参数有关,与列车运行速度和轨道曲线半径等外界环境参数无关。进一步的仿真分析表明:无论曲线半径、运行速度、未平衡离心加速度和轮对横移量等外界条件怎么变化,独立轮对柔性耦合径向转向架都会在二系悬挂系统和柔性耦合元件的协调作用下自动把前后轮对调整到径向位置,这不仅验证了理论推导公式的正确性,也佐证了独立轮对柔性耦合转向架面对复杂多变的外部环境确实具有很强的自适应径向调节能力。