高速列车车下悬挂结构优化设计方法

基于CRH3高速动车组运营过程中车下设备舱支架故障,从车下设备舱系统与列车各系统之间、与外部运行环境之间的耦合匹配关系人手,综合在线动应力测试、空气动力学压力测试、振动模态测试和数值仿真等技术,对车下设备舱系统功能、结构及安全可靠性进行了系统地研究,提出了结构失效原因、结构新方案仿真计算、样件线路运行试验、结构可靠性评估的优化设计方法．     

横风条件下高速列车车下设备舱温度场分析

高速列车运行过程中,设备舱内发热设备工作,产生大量的热量.对某型号高速列车车下设备舱长期温度跟踪监测数据进行分析,选取合适试验数据为边界条件,基于三维非定常不可压缩N-S方程和k-ε两方程湍流模型,在横风环境中不同环境温度下用FLUENT对时速350 km/h的高速列车进行车下设备舱温度场仿真.通过对比试验数据和仿真结果,获得置信度较高的数值仿真模型.结果表明:横风来流侧通风格栅位于一位端时通风散热效果更好;在发热设备附近增加通风格栅数量和对称布置通风格栅更有利于车下设备舱通风散热;获得横风条件下车下设备舱温度分布规律,为车下设备的合理布局提供参考.     

CRH3型动车组设备舱温度分布和变化规律

为确定动车组设备舱通风散热性能,对列车在环境温度为35~-25℃下运行时,设备舱内空气流动以及传热进行仿真分析,获得牵引变流器表面温度随不同环境温度的变化规律,这为车下设备的合理布局和设计提供依据.     

高速列车车下设备舱模块化弹性吊装设计

提出一种将车下设备模块且弹性吊装的优化设计结构,并通过仿真计算和试验证明这种模块化弹性吊装可大幅减小设备舱结构承受的空气压力和轮轨相互作用以及车下设备的工作自激振动等因素引起的交变复杂载荷对列车振动的影响,利于提高车辆的动力学性能.     

车下设备对车体振动的影响

为了考虑车体的弹性振动,将车体等效成欧拉伯努利梁,建立了车体与设备垂向耦合振动模型,研究了车下设备刚性悬挂与弹性悬挂对车体振动幅频特性的影响。基于模态叠加法原理建立了考虑车体弹性振动和车下设备的高速动车组三维刚柔耦合动力学模型,分析了车下设备悬挂方式、重心偏载与弹性悬挂参数对车体振动响应的影响规律。采用欧拉伯努利梁模型的数值分析结果表明：基于动力吸振器原理,当车下设备采用合理的弹性悬挂参数时能够有效抑制车体的弹性振动,并提高车体的垂向弯曲频率。采用三维刚柔耦合动力学模型仿真结果表明：车辆运行速度越高弹性悬挂的优点越明显,车下设备横向偏载主要影响车体的横向振动特性,纵向偏载主要影响车体的垂向振动特性;当车下设备的悬挂频率接近车体的垂向弯曲频率时能够降低车体的整体振动水平,当车下设备的悬挂频率低于车体的垂向弯曲频率时,提高车下设备弹性悬挂系统的阻尼能够在一定程度上抑制车体的弹性振动。     

高速综合检测列车车体与车下设备耦合振动分析

针对时速400km高速检测列车,建立了刚柔耦合的车辆非线性系统动力学模型,探讨了车下弹性悬挂系统的振动特性．通过仿真和理论分析,研究了检测列车整备状态车体结构模态参数与车下悬挂设备模态参数间的匹配关系,给出整备状态车体与车下有源设备最佳模态参数匹配原则,确定了车体与车下设备悬挂件最佳匹配参数．研究结果表明：该方法可以根据车下悬挂系统的动态响应,有效确定时速400km高速检测列车的最佳车下悬挂方案．     

高速列车整备车体谐振分析

针对高速列车车体与设备和悬挂之间的谐振问题,利用ANSYS对某高速列车整备车体及其车下吊挂设备进行仿真分析,结合该车体在线路试验中测得的悬挂系统的振动加速度,以此来识别车体和悬挂系统的模态参数,进而判断车体和车下设备及悬挂之间是否有谐振产生.针对该车车体仿真计算结果,为了提高车体整备状态一阶垂弯频率,质量较大的车下设备...     

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.     

动车组车下吊挂设备吊装装置的橡胶减振器研究

针对动车组高速运行下车下吊挂设备受力情况严重,这一问题以减振理论为基础,经车辆一轨道耦合动力学模型及车体模态计算,选择了车下吊挂设备自振频率范围,并结合橡胶的特性及其安装空间,确定了合理的橡胶刚度和阻尼参数,为车下吊挂设备吊装装置的橡胶减振器设计提供了依据．     

高速动车组车下吊装联接参数对车体模态的影响

以试验数据为依据,调整了高速动车组车体的有限元模型,研究了车下吊装设备与车体连接橡胶刚度、车下吊装连接点数量、车下吊装结构建模方式对车体一阶垂弯振动模态的影响.研究结果显示,车体一阶垂弯振动模态随车下吊装设备与车体连接橡胶刚度的增大而有较大幅度增大,而吊装连接点数量和吊装结构建模方式对一阶垂弯振动模态影响较小.     

基于目标级联分析法的车下设备悬挂参数优化设计

为改善高速列车运行舒适度和车下悬挂设备的振动水平,建立了车辆-设备系统垂向动力学模型,推导了车辆系统振动加速度频率响应函数;结合轨道不平顺激励谱函数计算了车下悬挂设备振动加速度均方根,联合人体舒适度加权滤波函数计算了车体振动参考点的垂向舒适度指标;引入目标级联分析(ATC)法逐层分解车辆-设备系统振动指标,构建了车辆-设备系统两层指标分解数学模型,采用指数罚函数策略协调两层振动指标之间的耦合问题;提出了以车辆运行舒适度和车下悬挂设备振动加速度为指标的多目标优化方法,建立了以车下设备悬挂刚度和阻尼为设计变量的优化模型;联合车下设备悬挂参数动力吸振器(DVA)设计法对比探讨了ATC法在复杂车辆系统参数优化设计中的应用效果。分析结果表明:与DVA设计法相比,ATC法优化后车辆中部舒适度在300 km·h-1工况下提高了8.5%,设备振动水平减小了约20%;在全速域区间,ATC法对车体中部的振动衰减是DVA设计法的2倍,且对设备的振动衰减比DVA设计法大4.5 dB;与优化前相比,ATC法优化后车辆中部舒适度指标最大提升了15%,设备振动加速度减小了0.18 m·s-2。由此可见,ATC法可以运用于复杂轨道车辆结构参数优化设计中,能有效改善车辆系统的振动水平,也可为车下设备悬挂参数优化设计提供指导。      

高速动车组设备舱动应力试验研究

通过对设备舱关键部位动应力线路测试试验对设备舱动应力进行分析.试验采用了HBM公司的eDAQ数据采集系统,对设备舱重点部位,如设备舱与边梁的连接处、抬车位及与牵引变压器区域进行动应力线路测试,并将测试值与疲劳许用极限值进行对比.结果表明设备舱动应力满足标准要求,试验结果为更精确地评估设备舱疲劳强度和提高动车组的修程修制里程提供了依据.     

时速250km动车组设备舱裙板气动载荷线路测试分析

为制定时速250 km速度等级动车组设备舱裙板气动载荷谱,通过对实际运行中的时速250 km等级动车组设备舱裙板气动载荷开展线路测试研究,并将全线所有列车通过隧道、列车明线交会工况集中起来统计分析,得出了设备舱裙板各测点内外压差的最大值、最小值和峰峰值的统计分布规律.经分析,列车隧道通过、隧道交会、明线交会时,设备舱裙板各点绝对压力的有不同特征;设备舱裙板气动载荷压差峰峰值最大不超过1500 Pa,该值可作为时速250 km速度等级列车设备舱裙板静强度载荷设计输入参考值;压差峰峰值主要集中在1000 Pa左右,该值可以作为时速250 km等级动车组设备舱裙板气动载荷疲劳设计输入参考值.     

动车组车下设备安装刚度对车体模态影响研究

建立了包括车下设备在内的动车组车体有限单元模型,用有限单元法计算了整备车体模态,计算了车下设备吊悬刚度为静刚度、动刚度及全部刚性吊悬时的车体模态,计算分析了车下设备采用弹性吊悬时吊悬刚度改变对车体前3阶模态频率的影响.研究结果表明,采用静刚度计算得到的车体模态频率最大,动刚度时车体模态频率最低,全部刚性吊悬时车体模态频率小于静刚度大于动刚度;总体来看,随着吊悬刚度增加,车体前3阶模态随着之率增加,但在静刚度值车体模态频率出现峰值.     

基于冲击激励的支架结构参数研究

针对某铁路动车设备舱支架经常出现断裂的现象,对支架的结构特性进行了研究,以脉冲信号对结构进行激励,结合模态识别理论,估计支架响应的频响函数．通过相干函数,验证试验结果的有效性,结合识别设备舱支架结构横向、纵向、垂向模态共振频率,比较不同结构支架的振动特性．改进后的设备舱支架2的横向、纵向、垂向固有频率均得到提升,且不易于车体弹性模态耦合,能有效避免断裂．     

高速列车设备舱橡胶密封条密封性能分析

为确保高速列车设备舱密封条的密封性能,以两个相邻的设备舱为分析对象,采用子模型技术对裙板橡胶密封条进行密封性能分析.针对橡胶密封条在裙板安装时受到挤压产生大变形的实际情况,首先对子模型施加安装载荷进行分析,然后将该变形作为结构的初始变形,考虑列车运行过程中的气动载荷,对其进行密封性能分析.分析结果表明有气动载荷作用下设...     

MOSS型LNG船总体设计研究

随着天然气在全球的大规模应用.LNG船舶制造技术在市场对舰船需求的推动下,获得了高速的发展.近年来中大型LNG船中市场占有率较大的舱型有薄膜型液货舱和Moss型液货舱等.而本文所讨论的内容即为MOSS型LNG运输船,从船型概述、主尺度的确定、总布置及结构设计、和主要设备选型等方面对MOSS型LNG船的总体设计进行介绍和...     

高速动车组设备舱模块进风口流量分布试验研究

本文针对CRH380BL高速动车组EC01车牵引变流器、EC01车电机、TC02车主变压器这三个设备舱模块的进风口流量分布特性,进行了各种不同速度等级下的进口风速测试分析,同时通过高速动车组在线线路试验．对获得的数值计算分析结果进行准确性和科学性试验验证,从而掌握了设备舱模块进风口流量分布规律,为指导动车组进一步优化设计提供了有效的理论和试验双重支撑：（1）相对于进风口边缘部位和来流方向靠后部位．进风口中间部位的进风量均较多;（2）EC01车作头车运行时,设备舱模块进风量较大;而作尾车运行时,进风量相对较小;（3）EC01车作头车、尾车运行时,TC02车主变压器进风量均大于EC01车电机进风量。     

接触非线性分析及对车下吊装联接结构螺栓可靠性的校验

基于接触非线性理论,使用HyperMesh软件构建了城际动车车下吊装结构的接触有限元精细模型,通过ANSYS软件对吊装结构联接螺栓进行有限元接触分析.分析结果显示:工作工况下,最大螺栓应力出现在螺杆根部,预紧力对螺栓应力影响较大.通过对动车车下吊装结构的接触有限元分析,总结了若干影响接触非线性分析的因素,为铁路机车车辆接触非线性分析提供了若干有益的建模经验.     

高速动车组弹性车体和设备耦合振动特性

为研究车体和车下设备之间的耦合振动关系,建立了高速动车组的车辆刚柔耦合系统动力学模型;考虑车体弹性模态振动,采用扫频激励法,仿真分析设备质量、刚度、阻尼和安装位置对系统振动的影响;研究了不同参数相互作用下的振动特性.研究结果表明:与设备采用固接方式相比,弹性联接可显著降低车体弹性振动,设备质量越大且越靠近车体中部安装,对抑制弹性振动效用越显著;设备质量小于1.0 t或者距离车体中心6 m以上时,降低弹性振动的效果较小,阻尼比为5%~30%时,效果较好.利用机车车辆滚动振动试验台进行设备悬挂振动特性测试,表明设备采用弹性联接可显著改善高速动车组的乘坐平稳性,运行速度等级越高,效果越显著,最大可改善约15%.