基于多体系统动力学的受电弓参数优化

结合受电弓开发设计过程,借助有限元软件ANSYS和多体系统动力学软件SIMPACK,建立弓网刚柔耦合仿真平台.通过耦合仿真平台对受电弓参数进行了深入分析,比较了在同一速度下,不同的受电弓参数对弓网接触力的影响,进而对受电弓参数进行优化,得出最佳参数,并把参数反馈到受电弓的机械设计过程中.同时借助于多体系统动力学技术,建立弓网耦合仿真平台,在受电弓设计开发早期对受电弓参数进行了优化,而且研究的成果得到了实践中的验证,取得了有益的研究成果.     

多柔体车辆耦合系统对动力学性能的影响

研究轨道车辆在运行状态下,刚柔耦合建模方式的车辆系统对动力学性能的影响程度.以某型高速动车组拖车为研究对象,基于SIMPACK多体动力学软件分别建立多刚体车辆模型和由柔性轮对、柔性构架以及柔性车体结构耦合的刚柔耦合车辆模型,通过对两者在不同运行速度和不同运行线路工况仿真计算的结果进行对比,从而评价采用刚柔耦合建模方式对动力学性能方面的影响.结果表明:对比多刚体车辆计算结果,刚柔耦合车辆整体上在稳定性、运行品质和曲线通过性能等指标结果表现较差,尤其在高速运行状态下,刚柔耦合车辆在垂向方向上影响更加剧烈.     

3MW风轮的动力学特性

运用动力学分析软件Simpack建立了风力机刚柔耦合动力学模型,通过Airfoil Prep计算翼型的失速特性,采用Turb Sim生成风场文件后对风力机动力学模型加载和仿真.以3MW风力机为例,其中叶片运用新的翼型族WTNew,对整机进行模态分析,得到固有频率,对风力机加载风场,仿真分析得到风轮倍频频率,绘制Campbell图,判定风轮上可能发生共振的频率范围.最后通过对风力机时域仿真结果的分析,进一步甄别风轮振动幅值较大的频率,为对影响风力机传动系统振动因素的分析提供一定的理论依据.     

构架柔性对车辆振动特性的影响

为研究构架柔性对车辆振动特性的影响,基于三维实体软件SolidWorks建立某型车转向架构架模型,再导入软件ANSYS建立构架的有限元模型,经子结构分析后提取相关信息,导入UM与ANSYS的接口程序得到构架柔性模型;将其导入某型车多刚体动力学模型,得到某型客车刚柔耦合模型.利用UM软件分析前后构架分别为刚性-刚性、柔性-刚性以及柔性-柔性模型的对车辆振动特性的影响.分析表明:考虑构架柔性对车辆系统横向振动响应影响较大,特别在高速运行时,相比多刚体模型,构架柔性模型的轮对、构架和车体的横向振动指标峰值明显增大;考虑构架柔性能够更加真实地模拟车辆系统的振动情况.建议研究高频激励如车轮不圆对车辆系统振动特性时,将转向架构架考虑成柔性体.     

轨道随机不平顺下磁浮车辆非线性动力学特性

基于柔性轨道研究了随机不平顺下磁浮车辆的动力学特性, 在将轨道受力分解为分段链式结构的基础上, 提出了一种磁浮车辆垂向悬浮稳定性分析方法, 定义了不同悬浮力作用于各自悬浮点时柔性轨道的振动固有频率和模态矩阵; 建立了轨道分段链式结构的离散形式和轨道结构的运动方程, 采用虚拟激励法将轨道不平顺产生的随机激励转化为系统输入激励, 并将轨道随机高低不平顺作为振动激励源进行车轨振动控制; 在不同反馈控制参数下采用电压反馈双环PID控制器数值仿真车辆的悬浮状态, 并分析了轨道随机不平顺激励下反馈控制参数对磁浮系统稳定性的影响。研究结果表明: 当磁浮车辆速度为50~80 km·h^-1, 位移反馈参数、速度反馈参数和电流反馈参数分别为140 000、50、500时, 车辆可以从起始间隙16 mm快速定位到平衡位置间隙9 mm, 在2.2 s时即可稳定悬浮, 系统的超调量和稳态误差分别为1.50和0.13 mm, 且系统振动频率趋近于0;当位移反馈参数、速度反馈参数和电流反馈参数分别为15 000、50、400时, 磁浮车辆在轨道随机不平顺作用下的悬浮稳定性变差, 系统在9 s左右逐渐趋于稳定, 但仍旧在平衡位置上下浮动, 且系统振动频率和振动幅值分别为7 Hz和0.5 mm; 当磁浮车辆的速度超出50~80 km·h^-1时, 第1组反馈控制参数不再适用, 磁浮系统在1.7 s左右发散, 车辆失稳, 表明在不同车辆速度和反馈控制参数的作用下, 轨道随机不平顺能显著影响磁浮车辆的悬浮稳定性。     

客运专线大跨连续梁桥车桥耦合振动仿真分析

提出用多体系统动力学与有限元法相结合的联合模拟技术进行车桥耦合振动仿真分析．以郑州-西安客运专线灞河特大桥的一大跨连续梁桥为研究对象,采用有限元子结构技术建立桥梁动力分析模型,对桥梁自振特性进行分析,采用多体系统动力学程序建立完整的车辆空间模型,然后将桥梁和车辆2个子系统在轮轨接触面离散的信息点上进行数据交换,从而实现车桥耦合振动仿真．研究结果表明,联合模拟技术是可行的,为车桥耦合振动的研究提供了一种新的有效途径．     

含多间隙弹性约束机械振动系统的动力学特性

建立含多重间隙弹性约束机械振动系统的力学模型.基于多参数耦合、多目标协同仿真分析,采用变步长Runge-Kutta法数值计算,研究系统在激励频率和间隙阈值的双参数平面内的周期冲击振动模式类型、分布规律和分岔特征.计算结果表明,基准参数条件下系统周期冲击振动的模式类型表现为复杂性和多样性特征.分析了系统相邻基本周期冲击振动的q/1周期振动经两种类型的Grazing分岔转迁为(q+1)/1周期振动的演化机理.揭示了间隙阈值取值较小时,系统表现为亚谐周期振动和混沌等复杂的动力学特性;且随激励频率的递减,系统因冲击次数足够大进而呈现出颤-冲击特性.研究该类振动系统激励频率和间隙阈值等关键参数与系统功能目标之间的映射关系,为系统动力学特性和功能目标协同优化的参数匹配规律及科学匹配范围提供依据和思路.     

机车车辆／轨道系统垂向耦合动力学分析

考虑到多刚体系统动力学研究方法在建模及计算方面的局限性，将有限元法引入到机车车辆／轨道大系统的垂向耦合振动研究中来．为了真实模拟在轨道上不同位置的轮轨接触关系，用有限元参数二次规划法求出了轮轨等效接触刚度曲线，建立了统一的机车车辆／轨道耦合系统．通过建立系统的有限元分析模型，利用精细时程积分算法求解系统振动方程，分析研究了机车车辆在无限长轨道上运行时，在轨道不平顺激扰下，轮／轨间相互作用力、机车车辆／轨道系统中各部件的振动加速度及位移变化规律．研究结果表明，该方法不但可行，而且具有其它传统方法无可比拟的优越性．     

碰撞振动系统动力学分析

针对混沌线谱控制研究中如何在小振幅下实现隔振系统在较宽频带内的混沌运动这一难题,通过在线性隔振系统中附加碰撞子系统,提出了基于碰撞振动的隔振系统混沌化方法,并对碰撞振动系统进行了分岔分析和振动特性分析,得到系统在不同参数条件下的运动规律.结果表明利用所设计的子系统,可以实现小幅值范围的混沌运动.     

高速车辆与道岔空间耦合振动特性

为给高速道岔结构设计提供理论依据,运用高速列车-道岔空间耦合振动理论,以道岔结构不平顺为激励,分析了高速列车通过道岔时的轮轨作用力、车辆和道岔的振动特性．结果表明：辙叉处轮轨冲击比转辙器处剧烈,轮轨力和车辆系统的加速度存在4个峰值;尖轨和心轨的振动加速度比基本轨大,而衰减比基本轨慢;间隔铁传递的垂向力大于枕上压力．     

双层集装箱平车动力学性能仿真分析

对中国首列25t轴重双层集装箱平车运用NUCARS2.3进行了动力学仿真分析, 并与线路试验结果进行了对比。结果表明, 预测的失稳车速是可靠的, 车辆运行平稳性指标及车辆振动加速度的仿真结果和试验结果保持较好的一致性, 曲线通过性能指标值比试验的结果偏小。该软件计算出的结果可以总结车辆系统悬挂参数对车辆动力学性能的影响趋势和规律, 是可行的。     

ADAMS软件及其在汽车动力学仿真分析中的应用

简单阐述了多体系统动力学的概念和研究方法,介绍了ADAMS软件的理论基础和计算求解方法,以及AD AMS在汽车动力学特性仿真方面的应用.     

两联关节式集装箱平车动力学仿真模型

结合两联关节式集装箱平车采用关节连接器连接,关节处共用一个转向架的特点,考虑了轮轨接触几何关系、轮轨蠕滑力、各种悬挂特性和关节连接器等非线性因素,应用NUCARS动力学仿真软件,建立了两联关节式集装箱平车的数学模型,采用数值仿真方法,分析了车辆系统的运动稳定性、曲线通过性与运行平稳性。分析结果表明:两联关节式集装箱平车的蛇行失稳临界速度具有一定的速度裕量,曲线通过性能指标满足GB/T5599-1985规定的限度范围,在120km·h-1的速度范围内,车体的横向与垂向平稳性指标均小于3.5的优级标准,因此,两联关节式集装箱平车具有较好的动力学性能,能够满足集装箱平车120km·h-1运输速度的要求。     

车辆-轨道耦合动力学系统可视化仿真

为了提高车辆-轨道耦合动力学系统可视化仿真的逼真度, 采用迹线法计算了车轮踏面接触轮廓面, 以平面方式表现轮轨动态接触关系, 钢轨以梁的形式参与振动, 通过实时建立具有一定垂向、横向和扭转振动形态的钢轨模型来模拟钢轨的振动行为。仿真结果表明, 在保证优良的实时性的同时, 可以清晰地观察轮轨接触点的变化情况, 免去了在复杂的三维场景中变换视点的操作, 使轮轨动态接触关系更简洁, 通过实时创建钢轨模型, 使钢轨振动行为的模拟更逼真。     

车轮扁疤激起的轴箱轴承冲击特性

以CRH2型动车组为研究对象, 建立包含轴承的车辆-轨道动力学分析模型, 通过数值积分获得了轮轨冲击力时间历程、轮对和轴箱振动加速度时间历程、滚子与外圈滚道接触载荷时间历程; 结合已有的车轮扁疤分析模型, 研究了扁疤长度、车辆运行速度对轮轨冲击力的影响, 分析了扁疤冲击下轮对、轴箱的振动加速度响应特征以及外圈滚道接触载荷响应特征。研究结果表明: 轮对和轴箱受到的冲击加速度均随扁疤长度呈现增长的趋势, 轴箱受到的冲击加速度大于轮对受到的冲击加速度, 且轴箱受到的冲击加速度增长更快; 车轮扁疤会对外圈滚道接触载荷产生影响, 在滚道承载区域, 车轮进入扁疤区域时产生的冲击载荷作用效果为减小滚子外圈接触载荷, 在车轮离开扁疤区域时产生的冲击载荷作用效果为增大滚子外圈接触载荷, 在滚道非承载区域, 滚子与外圈同样会产生多次冲击; 车速为300 km·h^-1, 扁疤长度小于30 mm时, 车轮进入扁疤区域滚子外圈受到的冲击载荷大于车轮离开扁疤区域滚子外圈受到的冲击载荷, 扁疤长度大于30 mm时, 车轮进入扁疤区域滚子外圈受到的冲击载荷小于车轮离开扁疤区域滚子外圈受到的冲击载荷; 在整个滚道区域内, 扁疤激扰激起的滚道冲击载荷呈左右对称分布, 且滚道区域越靠近对称轴, 受到的冲击载荷越大。     

道路事故多发路段动力学仿真识别系统

为了从车-路耦合角度客观、直接地识别道路事故多发路段, 开发了事故多发路段动力学仿真识别系统, 建立了车辆模型、道路模型与车-路耦合模型, 提出了事故多发路段识别方法, 通过小附着系数路面动力学仿真试验和弯道制动动力学仿真试验进行验证。采用闭环控制方法控制汽车的运行状态, 依据道路的特性, 选择表征车辆行驶安全性的特征参数, 通过特征参数曲线识别事故多发路段。仿真结果表明: 在主要考虑道路因素导致事故多发时, 所识别出的事故多发路段与依据交警部门事故统计信息所识别出的事故多发路段一致, 因此, 此系统可行。     

低速磁浮车辆动力学建模与导向机构仿真分析

在分析低速磁浮车辆结构及其运动学关系基础上, 利用SIMPACK软件, 建立了含主动悬浮控制的76个自由度的磁浮车辆虚拟样机模型, 开展了基于整车动力学的低速磁浮车辆导向机构仿真分析, 研究了T形臂、横向滑台及两者之间的运动学规律。仿真结果表明: 在300 m半径曲线和三转向架结构条件下, 为了保证磁浮车辆顺利通过曲线, 磁浮车辆导向机构前T形臂长度应大于后T形臂长度, 两者比值的优化区域在1.50和2.00之间; 车辆头尾T形臂相对于车体的转角幅值大小基本相同, 方向相反, 对应滑台的横向位移曲线形状与幅值基本相同; 同一转向架前后滑台的最大横移量之比等于前后T形臂长度之比。     

长江三角洲港口群物流系统动力学分析模型

为了实现长江三角洲港口群物流系统的协调发展, 建立了系统动力学分析模型。通过分析上海和宁波两港口国际集装箱中转量、港口群水路集疏运比例的影响因素, 建立长江三角洲港口群物流系统的因果关系图, 通过系统模拟进行长江三角洲地区港口功能的合理定位、集疏运结构的优化和近洋航线中转港的选择。仿真结果表明: 2010年上海港国际集装箱中转量将呈现增长趋势, 上海港水路集疏运比例超过30%, 长江三角洲地区应以上海港为集装箱枢纽港, 优先发展国际中转业务, 太仓港将具备长江三角洲近洋航线中转港的能力, 太仓港可成为长江三角洲地区近洋航线主要中转港。     

25t轴载外径向臂径向转向架动力学分析

基于车辆-轨道耦合动力学理论, 分析了25t轴载外径向臂径向转向架的结构特点和受力特性, 建立了货车-轨道空间耦合动力学模型, 并编制电算程序对外径向臂径向转向架和普通三大件转向架进行了车辆横向运动稳定性、直线运行和曲线通过性能仿真分析。分析发现: 对普通三大件转向架加装外径向臂, 可使转向架稳定性提高10%以上, 轮轨磨耗降低40%以上, 轮轨横向力降低20%以上。     

基于多学科协同分析的轨道车辆制动系统集成化仿真平台

根据轨道车辆电空复合制动的工作原理, 以全车制动系统为研究对象, 一动一拖制动控制单元为研究载体, 基于多学科协同分析方法, 建立了控制子系统、气制动子系统、电制动子系统与制动执行子系统模型, 基于各子系统之间的关联参数, 搭建了制动系统的联合仿真平台; 根据广佛二期车辆的实际参数, 模拟列车电制动失效工况下常用全制动的运行工况, 计算了空走时间、制动时间、制动距离、制动减速度、瞬时速度、平均减速度、纵向冲动、车钩力、利用黏着系数与制动缸压力, 并与试验结果进行了对比, 以验证集成化仿真平台的可行性和有效性。仿真和试验结果表明: 在制动稳定后, 仿真和试验的列车制动减速度约为1.25m·s^-2, 仿真的平均减速度约为1.05m·s^-2, 试验的平均减速度约为1.09m·s^-2, 误差较小, 且均符合常用全制动的平均减速度不小于1.0m·s^-2的要求; 在常用全制动工况下, 采取等磨耗制动力分配的动、拖车利用黏着系数不同, 动车约为0.13, 拖车约为0.12, 但都未超过0.16的最大可利用黏着系数的限制; 虽然动、拖车的质量不同, 但等磨耗工况下施加常用全纯空气制动后, 试验和仿真的动、拖车的制动缸压力均相等, 约为420kPa。由此可见, 可利用基于多学科协同分析的联合仿真平台对轨道车辆制动系统进行车辆级的研究, 为制动系统的开发和设计优化提供理论依据。