基于ANSYS与SIMPACK联合仿真的柔性轮对动力学仿真分析

介绍了有限元软件ANSYS与多体动力学软件SIMPACK联合仿真的方法,利用ANSYS分析得到的结构和模态等信息将轮对进行弹性化处理,而仍将车体、构架等部件作为刚体;在SIMPACK软件中建立了完整的刚柔耦合车辆系统动力学模型,比较分析了柔性轮对和刚性轮对车辆动力学的影响。研究表明:在直线运行速度不高时,轮对为柔性对车体动力学性能基本没有影响,在车辆高速运行时,考虑轮对的柔性是非常有必要的;在通过曲线时,柔性轮对模型的曲线通过性能略优于刚性轮对模型,更加符合实际情况。     

轮对柔性对车辆动态曲线通过性能的影响研究

为了研究车辆系统中轮对的弹性效应对车辆动态曲线通过性能的影响,运用多体系统刚柔耦合动力学理论,通过有限元软件ANSYS将轮对柔性化处理后导入多体动力学软件UM中,建立考虑轮对为柔性的某型高速车辆刚柔耦合动力学模型,研究轮对柔性对高速车辆动态曲线通过的各项安全性能指标及平稳性的影响,对比分析不同工况下轮对刚性与柔性对高速车辆动态曲线通过时的动力学响应。结果表明:刚柔耦合动力学模型的脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力和垂向平稳性指数较多刚体动力学模型均有不同程度的降低,而轮轨接触角、轮对侧滚角位移和横向平稳性指数较多刚体动力学模型有所升高。考虑轮对的弹性效应对车辆动态曲线通过性能有一定的影响,柔性轮对较刚性轮对更能真实地反映车辆系统的动力学性能。     

考虑车体柔性的货车动力学仿真

应用柔性多体系统动力进行货车动力学仿真研究。以货车Ｃ６２Ａ和罐车Ｇ６０为对象，把转向架和轮对作为刚体，车体作为柔性体，对车体建立有限元模型并进行模态分析，用超单元概念通过界面凝聚功能对柔性车体进行预处理，组成刚－柔耦合的车辆动力学模型并进行动力学仿真计算，通过与刚性系统模型的运算结果进行对比，分析车体的柔性效应对安全性的影响，仿真计算是采用有限元分析软件ＮＡＳＴＲＡＮ（ＭＳＣ）和多体系统动力学软件     

考虑车轮谐波磨耗的动车组车轴疲劳寿命

以CRH380BL型高速动车组为研究对象,基于车轮谐波磨耗的实测结果,建立刚性轮轨、刚性轮柔性轨、柔性轮刚性轨以及柔性轮轨4种不同轮轨关系下的车辆-轨道耦合动力学模型,通过对比分析4种模型的轮轨振动特性,得到最能反映真实情况的轮轨耦合动力学模型;基于车轴受力分析,采用有限元软件ANSYS进行车轴静强度计算;采用多体动力学软件计算考虑车轮谐波磨耗的车轴载荷时间历程;根据疲劳累积损伤理论,采用FE-SAFE软件分析考虑车轮谐波磨耗的车轴疲劳寿命。结果表明:柔性轮轨关系更能反映轮轨的真实接触状态;车轴轮座内侧圆弧过渡处的应力最大,为114.4 MPa;考虑车轮谐波磨耗的车轴疲劳寿命约为19.2 a;车轮谐波磨耗导致轮轨振动加剧,对车轴疲劳寿命产生明显不利的影响。     

构架作弹性体处理时的客车系统动力学仿真

在SIMPACK多体动力学软件中建立了完整的车辆系统动力学模型,其中构架利用ANSYS有限元分析软件中得到的结构与模态将其弹性化处理,其余主要部件如车体、轮对及轴箱等仍作为刚体处理。通过模拟计算,不仅获得了车体、轮对等刚性处理部件的振动响应,而且得到了弹性构架的结构振动特性以及构架弹性处理对系统各种安全性指标影响特性。研究结果表明,相对于刚性处理,弹性处理对系统垂向振动指标如构架垂向加速度功率谱密度分布、轮轨力以及脱轨系数等有较大影响,而对系统横向振动指标如构架和轮对横向加速度等影响不明显。这种研究方式使得系统动力学研究中刚体与弹性体有机地结合起来。     

客车转向架构架支吊座载荷识别分析研究

目前国内还没有构架主要支吊座的疲劳设计载荷,因此研究其载荷识别方法尤为重要。以CW-200型转向架构架主要支吊座为研究对象,通过有限元分析软件ANSYS对构架的抗蛇行减振器座、制动吊座进行静应力分析,研究支吊座受多力系作用下,如何将支吊座最大等效应力与所识别的载荷建立线性关系;根据CW-200型转向架线路动应力测试的数据,利用上述方法识别出了两个支吊座在线路运行时的最大载荷,为提速转向架构架主要支吊座编制载荷谱及疲劳强度评估提供了基础。     

多柔性因素下轮轨接触动态行为特性的研究

为提高车辆系统振动响应的计算精度,基于刚柔耦合动力学理论,将轮对、构架和轨道均考虑为柔性体,建立了考虑多柔性因素的车辆-轨道耦合动力学模型,对比分析了轮轨间动态作用的振动特性,研究了多柔性因素下的轮轨接触动态性能和运行平稳性能。结果表明:多柔性因素下,车轮振动加速度在垂向上有较大变化,柔性部件的横向运动出现"错位";各项动力学指标均有变化;车体加速度在垂向上最大增幅为36.7%,而横向上却与线路半径有一定的关系;横向上,多柔性因素下车体Sperling指数降低,降幅为9.5%,而垂向上该指数却增高16.6%。     

地铁车辆转向架构架模态试验和仿真分析

对某B型地铁进行了构架线路振动试验,利用PolyMAX方法识别转向架构架在运用过程中的工作模态。基于有限元软件ANSYS建立了B型地铁动车转向架构架有限元模型,利用Block Lanczos法对构架有限元模型进行模态分析。对比仿真结果与试验结果,发现自由模态计算结果与试验结果存在较大差异;对构架有限元模型施加不同边界条件,发现考虑构架一系和二系悬挂、齿轮箱、电机悬挂约束后计算得到模态振型和模态频率与试验结果较为接近,误差小于5%。建议进行构架模态有限元分析时充分考虑边界条件的约束。     

直接驱动转向架构架形式对车辆动力学性能影响分析

采用多体动力学分析软件SIMPACK分别建立了直接驱动转向架铰接构架和焊接构架的车辆系统动力学模型,通过在直线和曲线上的仿真计算,分析了一系悬挂垂向刚度KZ和一系垂向阻尼系数DZ对2种方案动力学性能的影响。研究表明:当KZ或者DZ较大时(本模型中KZ大于1.8MN/m,DZ大于50kN.s/m),铰接构架转向架的轮轨间垂向动态相互作用要明显小于焊接构架转向架,且铰接构架转向架在小曲线通过时的防脱轨安全性要高于焊接构架转向架。     

基于子结构法的车辆系统刚柔混合动力学建模方法研究

为了考虑构架弹性对车辆系统动力学性能的影响,在动力学建模时需将构架刚体替换为柔体.而采用构架全自由度结构有限元模型,由于自由度数目太大,导致动力学分析难以进行.因此,采用子结构法首先对构架有限元模型自由度进行Guyan缩减,提取主自由度模态分析结果用来生成柔性体替换动力学模型中的刚性构架.算例表明,基于子结构法的刚柔混合车辆系统动力学建模方法是可行的.     

基于虚拟样机技术的机车车辆结构疲劳寿命仿真

提出一种多体系统仿真和有限元分析相互结合进行虚拟样机疲劳寿命预测的方法.该法用于处理随机动载荷作用下转向架构架的疲劳设计.作用在复杂结构上的时变动载荷历程可以通过应用多体系统分析软件SIMPACK的多体仿真技术获得.在ANSYS中利用单位载荷作用下的准静态应力/应变分析技术计算结构危险节点应力及关键区域.模态分析技术用来获得结构固有频率和模态振型.基于危险应力状态(包括单轴,成比例和非比例多轴)、动载荷时间历程以及Palmigren-Miner损伤理论.最后利用FE-FATIGUE软件的安全强度因子分析法进行标准时域的结构疲劳寿命预测,其中包括应力应变的循环计数,损伤预测和最终寿命估计.     

弹性构架对车辆系统振动响应的影响

为了研究弹性构架对车辆系统振动响应的影响,结合FE软件ANSYS和MBS软件SIMPACK,通过在SIMPACK前处理程序FEMBS中生成弹性构架的标准输入文件,在SIMPACK中建立刚柔耦合的车辆系统动力学模型,并把转向架构架考虑为弹性体.通过仿真计算,获得了车辆系统的位移、加速度、振动频率等振动响应特性.对比分析结果表明,弹性构架对系统的振动响应强于刚性构架,且加宽了系统的振动频率范围.     

城轨列车铰接式转向架方案及其动力学性能研究

介绍了城轨列车铰接式转向架基本结构组成,建立了5联单元车组的动力学模型,利用SIMPACK多体动力学仿真软件对单元车组进行了运行安全性、稳定性、平稳性和曲线通过性能分析。仿真分析结果表明,城轨列车铰接式转向架具有良好的动力学性能,能满足城市轨道交通车辆的运行要求。     

中间轴驱动装置固定对弹性悬挂式机车动力学性能的影响

为防止弹性悬挂式机车中间轴驱动装置横向位移过大,发生碰撞,提出了端轴驱动装置弹性悬挂、中间轴驱动装置固定连接的方式。利用多体动力学软件SIMPACK建立整车动力学模型,对比分析驱动装置悬挂方式对机车动力学性能的影响,认为采用这种悬挂方式是合理可行的。     

SS7E型电力机车转向架构架可靠性研究

分析了SS7E型电力机车转向架构架的结构及其受力,并结合疲劳试验和实际运用情况,运用ANSYS有限元软件对构架进行可靠性和安全性研究。4年多的实际运用和动应力测试表明构架可靠性满足设计要求。     

新型3轴转向架构架结构优化设计

新型3轴转向架用于200km/h速度级电力机车。文章详细介绍该转向架构架的结构特点,并根据ANSYS有限元分析计算结果对该构架进行结构优化设计,确定构架主体合理的截面形状,使其达到强度要求和轻量化目标。     

GCY300Ⅱ型轨道车转向架构架强度分析与结构改进

介绍了GCY300Ⅱ型轨道车转向架构架结构特点,采用TB/T 1335- 1996对该构架进行静强度仿真及动应力试验,并进行对比分析,验证仿真模型的正确性.就构架焊接工艺性差的问题提出结构改进方案,对比分析结构改进前后的静强度仿真计算结果.计算分析结果表明:结构改进前后的强度均满足铁标规范要求,改进方案更合理实用.     

直接驱动转向架一系悬挂设计分析

用多体动力学软件Simpack建立了永磁同步电机直接驱动转向架的车辆系统动力学模型,通过仿真计算来对直接驱动转向架的一系悬挂进行结构选型和参数优选.分析了一系悬挂水平定位刚度与非线性临界速度的关系,得出一系纵、横向定位刚度分别是10 MN/m和6 MN/m,并据此确定了一系悬挂应采用双圈钢弹簧+三角拉杆的结构形式.针对一系悬挂横向跨距较小的特点,着重分析车辆柔度系数s,得出一系垂向刚度取值为1.2～1.6 MN/m,最后计算了一系弹簧的详细结构参数.     

基于多体动力学和有限元法的车体结构疲劳寿命仿真

提出一种多体动力学仿真和有限元法相互结合进行结构疲劳寿命预测的方法,并以机车车体结构为例进行了疲劳寿命计算。利用SIMPACK的多体仿真技术获得车体结构的动载荷历程;在ANSYS中利用准静态应力/应变分析法计算结构危险节点应力影响因子;根据模态分析技术确定车体结构固有频率和模态振型以及危险点位置。最后,基于动应力历程以及Palmigren-Miner损伤理论,利用FE-FATIGUE软件的基于应力的结构安全因子分析法对车体结构进行疲劳寿命预测,其中包括应力应变的循环计数、损伤预测和最终寿命估计。