用有限单元法对车辆垂向振动的研究

用有限元方法研究车辆向振动仿真问题,提出了切合实际的计算模型,采用轨道不平顺的数值模拟作为车辆的外部激励源,并详细地分析了敞车车体自振频率和轨道不平顺对车辆振动响应及车体结构内力变化情况。     

用有限单元法对车辆垂向振动的研究

用有限元方法研究车辆垂向振动仿真问题，提出了切合实际的计算模型，采用轨道不平顺的数值模拟作为车辆的外部激励源，并详细地分析了敞车车体自振频率和轨道不平顺对车辆振动响应及车体结构内力变化情况．     

键图法在铁道车辆垂向振动研究中的应用

本文应用健图法研究铁道车辆的垂向振动问题。建立了客车六自由度振动系统的健图模型;给出了模拟轨道周期性不平顺与单一脉冲型不平顺的健图模型,并以X玩2型行李车(装用209型转向架)为例,进行了动态响应模拟。结果表明:键图模拟车辆垂向动态响应,简便、直观、快捷。文中还进一步探讨了健图法用于车辆悬挂参数优化的可行性,发现健图法的特长对此可以得到更充分地发挥。      

车辆-道路系统垂向耦合动力分析模型

车辆在道路行驶过程中,车辆的振动与道路是相互作用和相互耦合的。把车辆简化为两自由度振动体系,将道路离散为多层体系的有限元模型,将车辆、道路视为一个整体的系统,车辆和道路分别是整个系统的一个子系统,建立了车辆-道路垂向耦合动力分析模型,推导出了车辆-道路系统的动力平衡方程组,以期为高速公路车辆与路基动力相互作用的进一步深入研究提供参考。     

由踏面擦伤引起的轮轨间非稳态垂向动力效应

应用车辆－轨道耦合动力学原理，对由踏面擦伤引起的轮轨间非稳态垂向动力效应进行计算机模拟分析；并结合试验讨论了影响轮轨接触力的诸因素，建立了轮轨接触力与踏面擦伤形状之间的关系；对踏面擦伤的线检测仪器的开发提供了理论依据。     

轨道不平顺激励下直线电机车辆/轨道动力响应

为了提高直线电机轮轨交通车辆运行的安全性与乘坐舒适性, 分析了车轨结构特征, 建立了直线电机车辆/板式轨道横、垂向动力学模型。通过三角级数法得到轨道随机不平顺的时间序列, 以其作为系统激励, 分析了直线电机车辆与轨道的随机振动特性。把轨道不平顺描述为余弦函数, 研究了高低不平顺与方向不平顺的波长和幅值对系统动力响应的影响规律。计算结果表明: 磁轨气隙变化的频率主要集中在1.2~2.0Hz范围内, 波长小于10m的高低和方向不平顺对系统轮轨作用力、脱轨系数及轮重减载率等影响显著增大, 应予以重点控制。     

轨枕支撑硬点对轨枕动力响应的影响

采用35自由度的多刚体车辆系统与三层弹性离散点支撑轨道模型, 建立了基于Timosh-enko梁模型的车辆/轨道耦合动力学模型, 应用新型显式积分法求解其运动特性。考虑钢轨横向、垂向和扭转运动对轮轨滚动接触几何关系的影响, 分别由Hertz法向接触理论和沈氏蠕滑理论计算了轮轨法向力和轮轨滚动接触蠕滑力。假设轨枕垂向支撑高度沿纵向非均匀分布来模拟轨枕支撑硬点, 基于移动轨下支撑模型, 分析了不同轨枕支撑硬点个数和高度对系统动力响应的影响。分析结果表明, 轨枕支撑硬点对轨枕的动力响应影响显著。当硬点高度为1.0 mm时, 最大钢轨/轨枕作用力约为正常状态下的2倍, 最大钢轨/轨枕拉力约为正常状态的10倍, 这将加速轨枕、轨下垫层及钢轨扣件状况的恶化。而支撑硬点个数对系统动力响应的影响很小。     

铁道车辆系统曲线通过稳态解的延续计算

为了了解车辆从直线进入曲线时的力学行为，研究了车辆系统曲线通过稳态解(平衡点)．采用延续计算的DERPAR算法，使稳态解的计算从直线经缓和曲线到圆曲线能够一次连续完成，提高了计算效率．所求得的稳态解不含瞬态成分，能更明显地揭示系统参数对车辆的某些力学行为的本质影响，为车辆系统设计参数的选取提供理论依据．     

车辆脱轨的耦合动力学分析

本文应用车辆－轨道系统耦合动力学理论，对车辆经过一段由缓－圆－缓组成的线路进行了车辆的脱轨稳定性分析。通过对车辆在耦合动力学模型与传统车辆动力学模型下脱轨道稳定性之分析比较，指出了进行车辆脱轨的耦合动力学分析必要性。     

可倾车体客车的动力学性能研究及控制系统参数的测试

本文根据国外铁路经验，提出了一种我国研制可倾车辆的模式。建立了２１外自由度的整车动力学模型。通过对车辆动态曲线通过的仿真计算，分析了可倾车辆的动力学性能。利用牵引动力国家重点实验室现有设备对原型尺寸客车进行了倾斜控制系统的参数试验，确定了与车体倾斜有关的主要控制参数，可在下一步研制可倾车体式实车中应用。     

高速铁路道岔设计关键技术

基于道岔轮轨多点接触关系,建立了高速道岔动力分析理论,并设计出适合我国高速道岔的相离式半切尖轨平面线型、心轨水平藏尖结构、尖轨短过渡顶面轮廓和弹性均匀的岔区轨道刚度.为解决无缝道岔转换卡阻问题,在考虑长大轨件纵横向协调变形的基础上,研发了适应大伸缩量的转换锁闭机构、既可有效传递纵向力又可保持道岔平顺性的尖轨及心轨跟端结构和适用于有砟和无砟轨道基础的扣件系统.为控制长大轨件转换不足位移,确保道岔的高平顺性和锁闭可靠性,运用有限单元法进行长大轨件及双肢弹性可弯心轨结构的转换设计,研制出新型辊轮滑床台,并优化了转换牵引点布置及其动程设计.     

轮对安装偏角对高速铁道车辆动力学性能的影响

为了考察轮对初始安装偏角对高速铁道车辆动力学性能的影响,本文先从理论上分析了初始安装偏角下轮对的受力情况以及安装偏角对轮对行进过程所产生的影响,并通过多刚体动力学分析软件SIMPACK建立了我国高速铁道车辆的动力学模型,分别对车辆第一位轮在不同安装偏下的直线和曲线通过情况进行了仿真研究,研究表明：第一位轮对的初始安装偏角将使车辆的第一和第二位轮对的平衡位置偏离轨道中心线,且发生反向偏转,降低行车安全性;小偏角对平稳性影响不大,但偏角超过1 mrad后将对平稳性造成较大影响;安装偏角将对车辆曲线通过性能造成一定的负面影响,且影响随偏角的增大而增大,因此对于高速列车还应尽量减小轮对的初始安装偏角,尽量将其控制在1 mrad以内。     

连续刚构桥梁车桥耦合竖向动力行为分析

以广州地铁6号线高架3×36 m连续刚构桥梁为基本实例,通过动力学有限元分析程序MSC.DYTRAN建立了车桥耦合分析模型;通过大量的参数分析,在一定范围内总结了连续刚构桥梁结构参数变化以及车速变化,对结构动力系数、车体竖向加速度的影响;研究结果表明：对于广州地铁6号线采用的3跨连续刚构桥梁而言,结构边跨跨中动力系数随着主梁线刚度的增大,呈增大的变化趋势;车速是影响结构动力系数变化的主要因素之一,当列车轮对的加载频率与结构的1阶竖向自振频率接近时,动力系数明显增大,并且随着车速提高,动力系数总体呈增大的趋势;车体竖向加速度随着主梁线刚度增大而减小,而随着车速的提高而增大。     

新型铁道车辆液气缓冲器动态特性

为了提高货车编组场的安全连挂冲击速度和调车作业的效率,开发新型铁道车辆缓冲器,概述了新型铁道车辆液气缓冲器的基本结构及其工作原理,建立了新型液气缓冲器的列车纵向动力学计算模型,利用数值模拟方法对液气缓冲器进行了动态特性分析。计算结果表明,新型液气缓冲器调车冲击时,在阻抗力不超过2200kN时,容量可以达到160kJ,吸收率大于90％,新型液气缓冲器能使货物列车的紧急制动特性和起动牵引特性满足车辆使用要求,提高车辆的调车冲击速度,减缓及耗散列车在运行中车辆间的纵向冲击和振动。     

轮对等效锥度与车辆动态特性关系分析

为了分析轮对等效锥度对车辆动力学性能的影响,采用设计不同等效锥度磨耗型踏面和锥形踏面的方法,通过轮轨接触和车辆动力学计算,分析了等效锥度对车辆临界速度和曲线通过性能的影响.结果表明,车辆临界速度并不严格地与等效锥度平方根成反比,而是存在临界速度较高的小等效锥度区域,太小、太大的等效锥度均会导致临界速度迅速降低.等效锥度随轮对横移的增大而增大有利于提高曲线通过性能,并可缓解轮缘磨耗.因此,在轮对小幅横移时等效锥度可以取较小值,并随轮对横移量的增大而增大,可兼顾车辆临界速度与曲线通过性能的要求.     

轨枕空吊对轨枕动态性能的影响

为研究轨枕空吊对轨枕动态响应的影响,建立了车辆-轨道垂向耦合动力学模型.假设车辆模型为多刚体系统,用Euler梁模拟离散支撑的钢轨,轨枕视为弹性地基上的Euler梁,利用显式积分法求解车辆-轨道非线性动力学方程.结果表明:当轨枕部分悬空或完全悬空时,影响轨枕最大弯矩的位置;轨枕空吊数目越多,轨枕的弯矩越大;轨枕底座的完全悬空对邻近空吊区的轨枕动态行为影响较大.