基于隐式参数化模型的跨坐式单轨车辆车体多学科轻量化优化

在某跨坐式单轨车辆头车车体前期开发中,引入"分析驱动设计"理念,建立了隐式全参数化车体模型,并根据车体空间布置情况,设定了车体骨架5个厚度变量和4个形状变量的变化范围;通过试验设计建立了近似模型,得到了输入变量与性能指标之间的关系;最后进行轻量化优化,获得了满足一阶扭转模态、一阶弯曲模态及弯曲刚度多学科性能要求的前期全参数化车体模型。     

北京型内燃机车车体的试验模态分析

为了研究北京型内燃机车的动态特性，对车体进行了试验模态分析，车体是一个大型的钢结构，针对其特点用随机冲击激振方法和分区激振测试技术进行了试验，文中给出该车体前七阶主振动的所有模态参量，为进一步改进结构的动态性能，进行车体的优化设计提供了可靠的依据。     

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。     

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。     

底架边梁及上弦梁结构刚度对车体结构模态的影响

以25G型硬座车钢结构车体为例,在HyperMesh中利用CQUAD4、CTRIA3等单元建立该车体有限元模型,通过改变底架边梁及上弦梁单位质量的惯性矩来控制车体单位质量刚度的变化。计算结果表明:对于底架边梁,车体一阶垂弯和一阶横弯频率随着底架边梁垂向结构刚度的增加线性递增,初期斜率较高,后期斜率较低;车体一阶垂弯和一阶横弯频率则随底架边梁横向刚度增加全程以二次多项式形式递增。对于上弦梁,车体一阶垂弯频率随着其结构刚度的增加基本不变,而一阶横弯频率则呈二次多项式关系逐渐增加。利用上述模态变化规律,可辅助开展车体固有振动特性研究,有助于针对具体优化部位进行形状和厚度等参数选择,以避开外部激励引起的共振,提升车体钢结构整体模态性能。     

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。     

机车车体第一阶模态的研究

建立了机车车体结构特征的分析用模型，包括机车活动顶盖参与或不参与承载的2种情况。用不同的单元将结构离散，计算了结构的振动模态。对第一阶模态的振型作了分析比较，并以SSTD电力机车车体为例进行了有无顶盖时的模态计算，说明顶部刚度对车体第一阶模态振型的影响。     

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。     

车体弹性效应下的垂向振动特性研究

针对高速列车车体弹性振动影响悬挂部件的安全性及乘坐舒适性问题,建立考虑车体弹性的高速列车垂向刚柔耦合动力学模型,车体视为两端自由均质等截面欧拉-伯努利梁,在频域内研究弹性效应下的振动特性及其传递关系。分析结果表明,在特定轨道不平顺波长激励下,车体对称模态响应为零,而反对称模态响应最大;反对称模态响应为零,而对称模态响应最大。当车体固有频率与激励频率一致时,车体会产生共振。一阶垂弯共振速度与共振波长对列车运营有重要影响,一阶垂弯模态频率处车体相关频响函数加速度传递率最大,对车体振动贡献最大,速度越高,对一阶垂弯频率要求越高。提高车体结构阻尼和一系垂向阻尼、适当降低二系垂向阻尼可提高车体垂向运行平稳性。     

高速列车比例车体侧墙试验模态分析

根据线性系统的试验模态分析(EMA)理论、SIMO分析方法、多参考点模态测试原理,针对1:8比例车体进行侧墙试验模态测试以及模态参数的辨识。根据比例车体外形尺寸,建立试验测试模型;进行传感器的布置并设置模态测试参数;利用锤击法及DHDAS软件系统进行数据采集及分析后处理;利用Polylscf模态提取法,得到比例车体侧墙的前四阶弹性模态参数和对应的阵型。结果表明:该型比例车体侧墙一阶模态为61.6 Hz、二阶模态为120 Hz、三阶模态为125.5 Hz、四阶模态为139 Hz。通过比较不同输入激励类型,比例车体一阶模态对于激励施加位置不敏感,侧墙激励下的二阶、三阶和四阶幅值大于顶板激励幅值,最大相差5.132 m/s2/N,模态响应幅值对于激励施加位置很敏感。信号频谱成分与模态频率一致,证实了试验结果的正确性。     

铁道客车车体模态分析及垂向弯曲频率优化研究

基于有限元模态分析和试验模态分析技术对某型铁道客车车体进行了模态参数识别。由于整备车体一阶垂向弯曲频率的计算值与试验值均低于标准要求的10Hz,利用有限元模态分析方法对车体结构进行了局部优化,最终使整备车体一阶垂向弯曲频率提高到10.64Hz,满足了标准的要求。     

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.     

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。     

调车作业工况下敞车车体结构瞬态响应及应力谱编制研究

提出了一种应用敝车调车工况车钩力实测试验数据，通过瞬态响应仿真分析获取车体结构动应力的方法，阐述了模态瞬态响应分析法，验证了采用该方法进行有限元仿真的可行性，并在此基础上编制了车体关键部位的二维应力谱。     

基于参数优化的动车组铝合金车体轻量化设计

采用参数优化的方法，对某型动车组的铝合金车体进行轻量化设计，先通过结构优化提升车体的一阶垂弯模态频率和一阶菱形模态频率，再通过合理分配型材的蒙皮厚度、优化型材内部筋板的形式及调整型材宽度等参数优化手段，降低车体质量，满足优化目标的要求。     

米轨内燃动车组车体有限元分析及试验验证

针对出口米轨内燃动车组头车车体,采用有限元分析法进行车体静强度仿真分析及模态分析,依据计算结果对车体结构进行优化,并在样车完成试制后开展了车体静强度、模态及平稳性测试,进一步验证了车体设计的安全、可靠及舒适性。     

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。     

基于模态参预的激励自由度有效性研究

为研究模态试验激励自由度有效性问题,分3种工况改变激振器输入力相位,对某城际动车组进行静态台架激振器试验,得到输入力及响应加速度信号。根据模态分析理论,利用Test.Lab软件识别车体典型模态参数,并同时得到各阶模态留数矩阵。根据模态参预的定义,得到不同工况下激振力对各阶模态的模态参预。最后根据模态参预矩阵对激励自由度有效性进行判定,同时给出车体1阶垂直、弯曲及车体1阶扭转模态的最佳激励方式,并依据模态参预对模态参数估计的准确性进行简单说明。     

边界条件对比例车体模态参数的影响

边界条件是结构进行模态分析的基础,不同的边界条件施加方式通过改变结构刚度影响结构模态参数。首先通过理论推导计算模态分析和试验模态分析的基本原理,然后对比例车体有限元模型建立5种可行的边界约束条件,计算分析知弹簧悬挂时比例车体前30阶固有频率与自由模态最大误差为0.02346%,边界条件4和边界条件5时固有频率最大误差分别为25.3386%和10.2383%,在试验模态中可用弹性悬挂模拟结构自由模态。对弹簧悬挂、弹簧杆悬挂和空簧支撑3种不同边界条件下的比例车体进行锤击模态试验分析,得出第3阶垂弯频率最大误差分别为2.545%、2.961%和4.812%,均小于误差允许值5%;利用模态判定准则(MAC矩阵)判定试验模态中结构固有频率的相关性,验证了边界条件对比例车体模态参数的影响。     

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。