基于ISO 2631指标的地铁车辆振动舒适性研究

以某地铁车辆为研究对象,建立了整备状态车体有限元模型和刚柔耦合动力学模型,计算得到整车整备状态下结构模态和在空气弹簧激励下车体各测点的频率响应,并运用模态频率匹配设计策略,针对车体结构建立模态频率规划表,为下吊设备的吊挂方式提供依据。     

某型地铁车辆设备吊挂刚度与车体模态匹配研究

对某型地铁车辆整备状态有限元模型进行了模态和5～100Hz正弦激励仿真计算,分析设备吊挂刚度对车体地板的振动影响。计算结果表明,车下设备吊挂刚度对弹性车体的各种振动模态均有不同程度的影响;车体空气弹簧位置激励时,地板在不同吊挂刚度时的振动响应主要集中在40Hz以内,合适的设备吊挂刚度可有效的降低地板的振动幅值并增加一阶垂弯频率,吊挂刚度对地板在12Hz以上的振动响应影响不大,同时发现刚性吊挂有助于增加车体的刚度;设备激励时,引起地板振动响应主要集中在20Hz以下,激励频率在车体一阶垂弯模态频率附近时,弹性吊挂刚度小于一定值时才能有效地减小地板振动的响应幅值。     

高速列车车体与动力包设备耦合振动分析

为研究车体与动力包结构耦合振动特性,计算车体固有模态以及低阶振型,建立了包含车下吊挂动力包的城轨车辆刚柔耦合振动模型,优化分析了动力包结构吊挂参数对车体振动特性的影响。计算结果表明:车体一阶弯曲频率对车辆垂向性能的影响要大于二阶弯曲频率。将动力包的振动以周期激励形式输入模型,当激振频率达到9.5 Hz和16.5 Hz时分别与车体的一阶和二阶弯曲频率相叠加,在此频率下车体的平稳性指标迅速恶化,因此在车辆设计过程中应尽量避免发生该频率下共振。     

铁道车辆车下设备新型减振器设计研究

利用碟形弹簧在一定条件下可以产生负刚度的特性,将碟形弹簧与橡胶弹簧并联,设计出一种可以实现垂向与横向刚度分离的车下设备新型减振器,并运用谐波平衡法对车下设备新型减振器进行传递特性分析。建立包含车体弹性的高速动车组车辆刚柔耦合动力学模型,基于车辆运行平稳性最优原则,计算获得车下设备垂向与横向最优吊挂刚度,并据此设计新型减振器参数。将车下设备采用新型减振器的车辆与车下设备采用传统橡胶减振元件的车辆进行对比分析,结果表明,前者的垂向与横向运行平稳性及车体振动加速度功率谱明显优于后者,所设计的新型减振器能够有效降低车体的弹性振动,改善车辆的运行平稳性。     

高速动车组列车异常振动问题研究

研究某高速动车组列车异常颤动的实际问题。从试验、研发设计的角度出发,测试车轮踏面磨耗、多边形,悬挂系统振动传递,分析车下设备振动情况,车体和设备、座椅之间的模态匹配等对车辆振动性能的影响,全面阐述了车辆异常振动的分析解决方法、思路。通过试验测试数据寻找车辆异常振动的根本原因,通过分析多工况下车体的模态振动以及车体与车下吊挂设备、座椅的耦合模态振动,探讨修改座椅减振器参数对车辆消除颤振的作用。研究结果为指导车辆结构优化和运用维护提供理论依据。     

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。     

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。     

高速列车车体下吊设备隔振设计及试验研究

针对高速列车车体下吊挂设备振动问题进行研究,根据隔振理论和模态匹配原则确定各主要下吊设备的模态频率范围,设计了下吊设备隔振元件参数。试制产品后,测试车体及下吊设备的振动情况,并对测试结果进行了时域和频域的分析。分析结果表明,根据该下吊设备隔振悬挂参数设计的车辆,在各速度级下都未与车体发生剧烈共振,设备和车体振动情况正常,这表明所采用的设计方法正确,隔振参数设置合理。     

车下设备激励对车体模态匹配的影响

为系统有效地指导地铁车辆的设计和生产,尽可能减少车辆组装下线后出现振动剧烈等问题,提出了适用于地铁车辆的模态匹配策略和模态设计原则,并对车体典型吊挂设备激励下车体底架振动响应情况进行了研究,对比分析了有、无车下设备激励下车体各部分的振动舒适性指标。研究结果表明:不同车下设备激励引发的车体底架振动响应不同;与有、无车下设备激励条件相比,当考虑车下设备激励时,车体的振动舒适性指标有所增大。     

整备状态下的轨道交通车辆车体模态计算分析

推导了多自由度刚体振动系统振动频率和特征向量的解析方法,研究了轨道交通车辆车体设备悬挂方式及其垂向悬挂刚度与车体系统振动频率和车体各阶振幅之间的关系。以某轨道交通车辆车体模态分析为例,对车体模态分析过程中悬挂设备的模拟方法、车体内装和设备的刚度,以及乘客质量对车体一阶垂弯和扭转频率的影响进行了深入分析和试验对比。研究结果表明,设备悬挂方式和悬挂刚度的选择对车体频率有非常显著的影响;与试验相比,考虑设备悬挂刚度、内装和设备自身刚度时对车体主要振动模态有显著提升,应在车体结构设计时予以注意;乘客质量对车体主要振动模态频率几乎没有影响。     

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。     

高速动车组车下悬挂设备隔振设计研究

高速动车组车下悬挂设备的隔振设计应最大程度地发挥设备工作效能,减小车体振动及两者的相互影响,提高乘坐舒适度。为研究车下悬挂设备隔振器参数对隔振性能的影响,根据机械振动和减振隔振理论,推导车下典型设备(牵引变压器及冷却单元)刚度设计的动力学方程。建立车体与牵引变压器及冷却单元的有限元分析模型,并以变压器振动烈度、地板舒适性和隔振效率为评价指标,深入分析隔振器刚度、风机转速、车体一阶垂弯频率、变压器质量等对隔振性能的影响,得到隔振器刚度、风机转速、车体一阶垂弯频率和变压器质量等对隔振性能的影响规律。结果表明,隔振器刚度、风机转速、车体一阶垂弯频率和变压器质量等对隔振性能的影响明显,可为车下悬挂设备隔振设计提供依据。     

设备与座椅悬挂参数对列车乘坐舒适性影响分析

建立车辆-设备-座椅的19自由度动力学模型,导出车体、设备及座椅的振动加速度频响函数表达式,以德国垂向轨道不平顺作为轮轨激励,研究有无设备及设备与座椅悬挂参数对高速列车垂向乘坐舒适度的影响规律。研究结果表明:合理设计车下设备与座椅悬挂参数能够改善列车乘坐舒适度。当设备悬挂位置偏离车体中部6.25 m且设备悬挂刚度范围为3.87～6.71 MN/m,座椅悬挂刚度在1.09～1.138 MN/m时,列车各座椅乘坐舒适度能够满足工程要求。     

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。     

铁道客车车体垂向弹性对运行平稳性的影响

建立了包含结构阻尼的铁道车辆垂向刚柔耦合动力学模型。运用该模型,采用基于虚拟激励法的快速平稳性算法,研究铁道客车车体弹性对运行平稳性的影响。研究表明,当车体弹性低至一定数值时,将导致车体强烈振动。运行速度越高,对车体的刚性要求越高。运用本文方法,可以获得运行平稳性对车体垂向一阶弯曲频率的要求。在算例中,当车体的垂向一阶弯曲频率达到10Hz以上时,车体弹性对平稳性的影响不大。研究还表明,当车体弹性较低时,提高车体结构阻尼和一系垂向阻尼系数,一定程度上可以抑制车体的弹性振动。     

铁道客车车体垂向弹性对运行平稳性的影n向

建立了包含结构阻尼的铁道车辆垂向刚柔耦合动力学模型.运用该模型,采用基于虚拟激励法的快速平稳性算法.研究铁道客车车体弹性对运行平稳性的影响.研究表明,当车体弹性低至一定数值时,将导致车体强烈振动.运行速度越高,对车体的刚性要求越高.运用本文方法,可以获得运行平稳性对车体垂向一阶弯曲频率的要求.在算例中,当车体的垂向一阶弯曲频率达到10 Hz以上时,车体弹性对平稳性的影响不大.研究还表明,当车体弹性较低时,提高车体结构阻尼和一系垂向阻尼系数,一定程度上可以抑制车体的弹性振动.     

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。     

孟买地铁转向架与车体垂向耦合振动分析

针对孟买地铁车辆,运用刚柔耦合的车辆振动模型,研究弹性车体与构架耦合振动,分析车体弹性对平稳性的影响。分析表明,车体刚度越大,车体弹性对平稳性的影响越小;随着转向架一系垂向刚度的增加,构架的浮沉频率会逐步增加;通过参数优化,当构架浮沉频率与车体垂向一阶弯曲频率相近时,不会发生车体垂向弯曲共振现象。     

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。     

车体一阶垂向弯曲频率解析分析

基于Timoshenko梁的振动理论,结合车体结构自身的特点,建立了车体结构一阶垂向弯曲频率的解析计算方法。通过引入截面有效剪切系数的概念,结合截面剪切形状系数,一起考虑车体闭合截面的剪切对固有频率的影响,引入车体垂向形心变异系数对一阶垂向弯曲频率解析式进行修正。利用有限元法和车体模态试验对该解析方法进行了验证。结果显示,车体一阶垂向弯曲频率解析值与有限元结果的误差为2.8%,与试验结果的误差为1.7%,车体垂向形心变异系数对一阶垂向弯曲频率影响最大。