高速列车齿轮传动系统参数振动稳定性

为了准确表达参数激励下高速列车齿轮系统振动的稳定性,利用有限元方法得到高速列车齿轮系统时变啮合刚度,并用傅里叶级数展开进行拟合.考虑齿轮啮合误差,建立了高速列车齿轮传动系统扭转振动模型.结合多尺度近似解析方法,推导了参激振动下高速列车齿轮系统的近似解析解,得到了系统的稳定性边界曲线,并分析了影响齿轮传动系统稳定性的相关因素.研究结果表明:齿轮系统的不稳定性区域随着列车运行的速度降低总体呈减小趋势,但是在发生参数共振速度处存在明显不稳定区域;增大阻尼有利于系统的稳定性,当阻尼系数从0.01增加到0.05时,处于稳定区域的刚度波动幅值从5%增加至20%;增加齿轮的重合度可以减小啮合刚度的谐波特性,从而增强系统的稳定性.      

子系统参数对双层隔振系统隔振特性的影响

为了阐明子系统参数对双层隔振系统隔振特性的影响, 建立了针对带子系统的双层隔振系统的三自由度动力学模型; 推导了一、二级主系统与子系统振幅比的解析式; 分析了3种振幅比随子系统质量比、固有频率比和阻尼比的变化规律; 给出了子系统充当双层隔振系统吸振器时最优参数的解析解和数值精确解; 以中国首批内燃动车动力包为研究对象, 探讨了散热器子系统的刚度、阻尼和质量对动力包双层隔振系统隔振性能以及柴油发电机组和散热器本身振动烈度的影响规律; 得到了最优散热器隔振器刚度的动力包双层隔振系统样机, 并进行了振动试验。试验结果表明: 散热器隔振器刚度大于拐点处刚度1.5倍会严重恶化子系统的振动情况, 其阻尼损耗系数取0.24左右能有效抑制双层隔振系统力传递率和振动烈度比的峰值, 取较大的散热器质量能有效提高双层隔振系统的隔振性能, 减小机组和散热器本身的振动烈度; 经过设计后, 停机工况下二级隔振器最大动反力减小50%, 常规工况下二级隔振器的实测最大动反力为296N, 优于同类水平, 常规工况下机组与散热器实测振动烈度最大值分别为15.45、4.97mm·s-1, 水平优秀。可见, 取较大的子系统质量和阻尼, 并将其视为双层隔振系统的吸振器进行优化设计, 可使双层隔振系统在柴油机启停机工况和常规工况下都具备较优的动力学性能。      

热平衡积分法的分段线性细化

通过对求解区间[0,s]均匀分划,在子区间中选择分段线性的细化方法对热平衡积分法进行细化,得到细化后的近似解析解的形式.通过研究表明,利用分段线性的细化方法对热平衡积分法进行细化能有效地提高近似解的精度.     

列车用柴油发电机组隔振系统隔振性能分析

针对某型出口动车采用的具有双层隔振系统的柴油发电机组和车体间的隔振问题进行了研究,首先建立了机组双层隔振系统的振动传递模型和隔振性能评估表达式,然后按照柴油发电机组在列车上的安装方式,将其安装在固定于地面的基础台架上,对3种不同的隔振刚度条件进行了隔振性能试验,给出了不同刚度工况下隔振性能随机组转速的变化规律,其结果可为机组隔振系统性能研究和设计提供参考.     

基于正交试验响应面模型的激光切割机横梁结构优化设计

将激光切割机横梁组件作为研究对象,以提高横梁组件刚度、横梁组件稳定性为优化目标,且适量降低横梁组件总质量或者保持不变.利用二阶响应面模型分别拟合出正交试验数据中横梁组件各壁厚参数与3个相关性能指标的函数关系,并建立相应的优化模型.通过对优化设计模型进行求解,最终得到筛选后的最优解.通过最优解对各壁厚参数进行修改后仿真显示激光发射孔处静态变形量下降了8.12%、横梁组件一阶固有频率提高了7.73%,提高了横梁刚度、避开了横梁的共振区间,横梁组件总质量基本保持不变.     

隔振抗冲击系统组合优化设计方法

研究了隔振和抗冲击的组合优化设计问题.指出连续性设计思想的弊端,提出组合优化设计方法并建立了系统模型;分析了冲击隔离系统的极限性能及2种实现方法,一种是采用较大阻尼的单个线性元件;一种为无阻尼的多个线性刚度元件.仿真和试验结果表明:在缓冲器的刚度远大于隔振器的刚度时,具有线性刚度和阻尼的缓冲元件最佳阻尼比为0.4的结论仍然成立;通过结构优化设计.无阻尼线性元件同样能够实现性能最优化.     

某内燃动力包柴油发电机组双层隔振系统设计及评价分析初探

对某内燃动力包柴油发电机组双层隔振系统进行了研究分析.根据边界条件、约束条件及变量等因素,确定了双层隔振系统隔振器的刚度分组及隔振器的三向刚度比例关系,得到了双层隔振系统隔振器的刚度结果.根据此刚度计算出了机组及框架的振动烈度和动反力,结果表明系统的隔振性能较好,能满足工程要求.由于隔振器生产工艺误差,在原始刚度基础上进行了±15%的误差分析.从传递率曲线上可知,系统在各刚度方案工况下有效避开了41 Hz以上的倾倒力矩简谐成分,同时也避开了柴油机额定转速频率激励成分,系统不发生共振,此刚度设计合理.     

内燃机弹性基础隔振系统固有频率偏差分析

利用矩阵摄动法定量地讨论了由于制造误差和参数估计误差所引起的参数偏差对内燃机隔振系统固有频率的影响。在一般的实际参数偏差状况下，引起系统固有频率波动最大达２．８９９Ｈｚ。橡胶元件的刚度波动对隔振系统固有频率的影响最大，转动惯量次之，机组质量的影响最小。     

动力设备弹簧板-橡胶隔振系统设计与动态特性

针对某动力设备工作过程中产生的振动冲击现象,构建该动力设备振动系统的数学模型,计算其工作过程中对地面产生的冲击激励。设计新型弹簧板-橡胶层叠式隔振系统;利用橡胶材料的非线性、橡胶块与弹簧板之间的接触耦合关系,构建弹簧板-橡胶层叠式隔振系统的非线性有限元仿真模型。仿真结果表明:在载荷的作用下,隔振系统的最大变形量为12.73 mm,最大应力为280.80 MPa,地面基础的振幅由原来的2.380 mm衰减到0.386 mm,衰减了83.78%。该研究成果为层叠式隔振系统的设计研发提供了理论基础和技术支撑。     

动车组车下吊装设备用橡胶减振器的研制

根据吸振器原理和隔振原理,结合动车组的相关参数计算出车下设备(变压器)的总刚度要求;建立车下设备吊装框架有限元模型,计算出各吊点吊装载荷,并按载荷比例将总刚度分配到各吊点;利用有限元手段对车下设备用橡胶减振器进行仿真,并结合橡胶件研发经验设计研制出橡胶减振器.试验证明,研发的减振器在吊装刚度,强度和动态减振方面均符合设计要求.     

基于物理参数的转向架定位橡胶节点动力学建模

针对高速列车转向架悬挂系统中的弹性橡胶件, 开展了基于物理参数的橡胶件非线性动力学建模方法研究; 为准确模拟其非线性刚度与阻尼的硬度相关性、结构尺寸相关性、激励频率相关性和激励位移幅值相关性, 采用有限元软件ABAQUS中的Mooney-Rivlin橡胶本构模型表征橡胶件的刚度与其结构尺寸和胶料硬度之间的相关性, 采用包括分数导数阻尼力元、摩擦力元和弹簧力元的动力学模型表征橡胶件刚度和阻尼的频变、幅变特性, 采用最小二乘法实现基于台架试验的模型参数识别; 对橡胶垫和定位橡胶节点的非线性特性进行仿真和台架试验, 验证了动力学模型的有效性; 在SIMPACK软件中定义自编力元, 进行车辆动力学性能分析, 有限元模型为动力学模型提供了基础的模型参数。分析结果表明: 橡胶垫和定位橡胶节点的刚度与胶料邵氏硬度基本呈正比关系, 硬度80 HA对应的刚度约为60 HA时的2倍; 载荷作用方向的胶料越少其对应方向的刚度越大; 橡胶垫的轴向和径向刚度解耦, 分别受高度和内外径尺寸影响, 橡胶垫轴向刚度随高度的下降率为0.2~0.6 MN·m-1·mm-1; 定位橡胶节点的芯轴尺寸改变引起其轴向和径向刚度同时变化, 定位橡胶节点径向刚度随内径的增长率为3.1~5.2 MN·m-1·mm-1; 采用非线性橡胶件动力学模型的车辆动力学仿真结果与传统等效力元模型结果差异为20%, 说明橡胶垫和定位橡胶节点动态参数的非线性对车辆动力学性能有显著影响。      

一种计算全三维功率流的新型有限元方法

功率流矩阵传递分析法对复杂隔振系统的分析存在很大的困难,有限元动态分析却可以解决绝大多数结构的振动问题.本文将机械阻抗融入有限元,提出了一种全三维的功率流计算新方法.并应用此方法,基于双层隔振系统模型,分析了上下层隔振器刚度、上下层隔振器阻尼及基座刚度对功率流传递的影响,提出了一些有用的结论.     

磁流变阻尼器半主动隔振系统试验研究

介绍了对磁流变阻尼器的特性试验和将阻尼器用于隔振系统的被动与半主动控制试验。试验结果表明,阻尼力与速度之间复杂滞后环与位移激励频率、幅值和励磁电流密切相关,并呈现出一定的变化规律;被动隔振效果随励磁电流变化规律类似线性阻尼的情形,并且有调节刚度的效应;半主动控制在系统共振点附近的隔振效果优于被动隔振,但在较高频段没有优势;半主动隔振数控采样频率越低,隔振效果越差,在高频段效果劣化较明显。     

两级齿轮传动系统的周期运动及分岔分析

为研究齿轮传动系统中综合传动误差、时变啮合刚度和齿侧间隙等多非线性因素的耦合对系统振动特性的影响,以两级齿轮传动系统的动力学模型为研究对象,计算了齿轮副的时变啮合刚度、等效啮合阻尼等动力学参数.采用数值仿真的方法研究了系统的周期运动在不同工况下的分岔过程,以及载荷、综合传动误差幅值和阻尼比等系统参数对系统动力学行为的影响.结果表明:随着啮合频率的变化,系统发生周期倍化分岔、Hopf分岔、周期泡型分岔等多种分岔形式;在低频和中频区域,由于周期1运动的分岔的不可逆性,出现了共存分岔模式和吸引子共存等复杂非线性现象.     

机载光电设备隔振装置设计开发与性能分析

飞机在飞行的过程中所产生的激励会对机载光电设备产生振动影响,为了保证设备的正常工作,需要安装隔振装置对设备进行隔振．运用有限元软件ABAQUS,建立橡胶隔振支座有限元模型,在外加激励的作用下,对隔振支座进行分析,得到相应的振动响应;同时在满足设计要求的情况下,建立多种型号的隔振支座,设定橡胶材料的阻尼系数并进行模拟,得到的振动响应与外加激励进行对比,在较保守的阻尼比为0．08的情况下,其减振效果能够超过80％,在阻尼比为0．10的情况下起隔振效果能够近似90％．     

回转型空气弹簧设计、仿真及实验研究

研究回转型空气弹簧设计计算的方法,采用MTS810试验机以及落锤冲击机对空气弹簧的性能特性进行了实验测试,设计计算及仿真计算结果和实验结果吻合较好.实验结果表明设计计算方法简单、准确,建立的Marc非线性有限元计算模型能够准确地模拟空气弹簧的特点,可用于空气弹簧地工程设计计算.空气弹簧冲击刚度有限元仿真计算及实验测试的方法可用于隔振元件冲击刚度计算与实验测试.     

机载光电设备隔振装置设计开发与性能分析

飞机在飞行的过程中所产生的激励会对机载光电设备产生振动影响,为了保证设备的正常工作,需要安装隔振装置对设备进行隔振.运用有限元软件ABAQUS,建立橡胶隔振支座有限元模型,在外加激励的作用下,对隔振支座进行分析,得到相应的振动响应；同时在满足设计要求的情况下,建立多种型号的隔振支座,设定橡胶材料的阻尼系数并进行模拟,得到的振动响应与外加激励进行对比,在较保守的阻尼比为0.08的情况下,其减振效果能够超过80％,在阻尼比为0.10的情况下起隔振效果能够近似90％.     

城际列车车下变压器弹性吊挂刚度设计

对某城际列车车下变压器弹性吊挂的刚度(吊挂刚度)进行设计,在设计过程中,先根据隔振理论确定车下吊挂变压器系统的固有频率(吊挂频率)范围,再依据吊挂频率范围,确定吊挂刚度设计范围,将不同吊挂刚度依次建入模型,对比分析变压器激励下车体地板的频率响应特性及空气弹簧激励下车辆的运行舒适度,依据对比分析结果,确定吊挂系统的最优吊挂频率为5 Hz,采用该弹性吊挂的车辆与采用刚性吊挂方式的车辆相比,车体地板垂向振动加速度大幅衰减,并且车辆运行舒适度也明显提高,这表明所采用的设计方法正确。     

基于直接刚度法的三段刚度压杆非线性分析

为分析考虑二阶效应的分段刚度压杆内力及位移,根据位移控制方程,建立了变刚度压杆位移和转角方程;根据杆端位移边界条件和变刚度截面处连续条件,得到了位移系数;根据压杆内力方程,建立了以矩阵形式表达的刚度平衡方程,变换得到了变刚度压杆刚度矩阵模型. 将本模型用于分段刚度压杆分岔失稳临界荷载计算,并与解析解、插值形函数单元模型结果进行对比与分析,验证了模型的精度和效率. 结果表明:采用插值形函数法计算压杆临界荷载时,若只划分一个单元,其计算结果与理论解的相对误差最高可达43.24%,随着划分单元数量增加,相对误差降为0.023%;采用基于直接刚度法得到的变刚度压杆单元刚度矩阵计算压杆临界荷载时,只需划分一个单元,即可保证计算结果与理论解一致,该矩阵可用于压杆的非线性分析中,得到压杆内力及位移的精确解.      

高速列车多区间节能操纵优化研究

区间运行时间和操纵方法是实现高速列车节能运行的两个重要方面.本文构建了可调整区间运行冗余时间的高速列车多区间节能操纵模型.考虑到高铁枢纽车站和非枢纽站对列车到达时刻准点性的要求程度不同,模型中增加了枢纽车站的列车到达时刻与列车运行图定到达时刻一致性约束,以及非枢纽车站的列车到达时刻在一定时间范围内的约束.为了避免解空间中不满足定时约束的不可行解的数量影响算法效率,设计了一种三层编码的遗传算法来求解模型.通过1条包含3个枢纽车站、3个非枢纽车站的高速铁路线路验证,结果表明,本文所提出的高速列车多区间节能操纵方法能够保证枢纽车站列车到达时刻不变,非枢纽车站列车到达时刻在一定时间范围内变换时,求得多个区间的列车最优节能操纵速度轨迹.与基于牵引-惰行控制方法和单区间节能操纵方法在图定运行时分下的计算结果相比,本文所提出的方法节能率分别超过16%和4%.