车体弹性效应下的垂向振动特性研究

针对高速列车车体弹性振动影响悬挂部件的安全性及乘坐舒适性问题,建立考虑车体弹性的高速列车垂向刚柔耦合动力学模型,车体视为两端自由均质等截面欧拉-伯努利梁,在频域内研究弹性效应下的振动特性及其传递关系。分析结果表明,在特定轨道不平顺波长激励下,车体对称模态响应为零,而反对称模态响应最大;反对称模态响应为零,而对称模态响应最大。当车体固有频率与激励频率一致时,车体会产生共振。一阶垂弯共振速度与共振波长对列车运营有重要影响,一阶垂弯模态频率处车体相关频响函数加速度传递率最大,对车体振动贡献最大,速度越高,对一阶垂弯频率要求越高。提高车体结构阻尼和一系垂向阻尼、适当降低二系垂向阻尼可提高车体垂向运行平稳性。     

弹性悬挂设备对列车整备车体模态的影响分析

为研究弹性悬挂设备对列车整备车体模态的影响,将车体结构等效为自由梁,建立车体结构的n阶垂弯振动方程,并联合车体结构与设备的刚体振动,建立整备车体的刚柔耦合运动方程。通过求解系统运动方程的特征根问题,得到设备的质量、悬挂频率和悬挂位置对整备车体模态的影响规律。结果显示,当弹性悬挂设备的悬挂频率远小于车体结构1阶垂弯频率时,其质量和位置对整备车体模态影响较小,但当其悬挂频率接近车体结构1阶垂弯频率时,将使整备车体1阶垂弯频率急剧减小,且设备越靠近车体中央位置,减小越明显。     

高速列车车体与动力包设备耦合振动分析

为研究车体与动力包结构耦合振动特性,计算车体固有模态以及低阶振型,建立了包含车下吊挂动力包的城轨车辆刚柔耦合振动模型,优化分析了动力包结构吊挂参数对车体振动特性的影响。计算结果表明:车体一阶弯曲频率对车辆垂向性能的影响要大于二阶弯曲频率。将动力包的振动以周期激励形式输入模型,当激振频率达到9.5 Hz和16.5 Hz时分别与车体的一阶和二阶弯曲频率相叠加,在此频率下车体的平稳性指标迅速恶化,因此在车辆设计过程中应尽量避免发生该频率下共振。     

高速列车车下设备模态匹配及试验研究

本文提出计算整备状态下高速列车车体垂向一阶弯曲模态频率的数值及解析方法,研究并阐释车下设备对整备状态下车体模态频率的影响机理。基于解析方法及隔振理论,提出车下设备与车体模态匹配原则,设计车下设备悬挂参数,并针对设计结果进行试验验证。结果表明,数值方法计算精度高,但不便于工程运用,而解析方法在保证计算精度的同时,能够直接运用于车下设备悬挂设计;相对于刚性吊挂而言,车下设备采用弹性吊挂时,整备状态车体的垂向一阶弯曲模态频率会得到明显提升;车体与车下设备模态频率的合理匹配可有效避免二者间共振的发生,针对所研究的高速车辆,当独立设备固有频率设计为6.5Hz时,设备自振频率能够与车体垂向一阶弯曲模态频率有效分开。在整个运行速度区间内,车辆可以获得良好的运行平稳性,同时车下设备振动亦不剧烈。     

车轮滚动及轨道板激励与车辆固有频率匹配分析

为研究车轮滚动及轨道板激励与车辆固有频率匹配关系,首先对某动车车体进行静态台架模态试验,识别车体固有模态参数;然后在某线路上测试车体振动加速度,识别车体在各互功率谱峰值处ODS变形。通过理论计算车轮滚动频率与某高阶变形频率接近,该频率下车体变形为车轮滚动激励所导致;在速度250km/h,轨道板激励频率与车体1阶垂弯频率接近,车体1阶垂弯变形被轨道板激励频率激发,车体能量较大,垂弯振动较为剧烈,车体中部和转向架上方地板振动较大。轨道板激励导致车体强迫共振。     

铁道客车模态参数识别及车体支撑刚度研究

基于有限元和试验模态分析技术对某型铁道客车车体模态特性进行了对比研究。结果表明:结构车体和整备车体主要模态频率的计算与试验误差基本都在5%以内,其计算精度能够满足工程应用要求;整备车体一阶垂弯频率高于10Hz,能够满足标准的相关要求。同时,针对铁道客车车体模态试验时弹性支撑作用下的刚度选取尚无标准规定的情况,通过研究支撑刚度对车体模态频率的影响,给出了支撑刚度的确定方法。     

整备状态下的轨道交通车辆车体模态计算分析

推导了多自由度刚体振动系统振动频率和特征向量的解析方法,研究了轨道交通车辆车体设备悬挂方式及其垂向悬挂刚度与车体系统振动频率和车体各阶振幅之间的关系。以某轨道交通车辆车体模态分析为例,对车体模态分析过程中悬挂设备的模拟方法、车体内装和设备的刚度,以及乘客质量对车体一阶垂弯和扭转频率的影响进行了深入分析和试验对比。研究结果表明,设备悬挂方式和悬挂刚度的选择对车体频率有非常显著的影响;与试验相比,考虑设备悬挂刚度、内装和设备自身刚度时对车体主要振动模态有显著提升,应在车体结构设计时予以注意;乘客质量对车体主要振动模态频率几乎没有影响。     

底架边梁及上弦梁结构刚度对车体结构模态的影响

以25G型硬座车钢结构车体为例,在HyperMesh中利用CQUAD4、CTRIA3等单元建立该车体有限元模型,通过改变底架边梁及上弦梁单位质量的惯性矩来控制车体单位质量刚度的变化。计算结果表明:对于底架边梁,车体一阶垂弯和一阶横弯频率随着底架边梁垂向结构刚度的增加线性递增,初期斜率较高,后期斜率较低;车体一阶垂弯和一阶横弯频率则随底架边梁横向刚度增加全程以二次多项式形式递增。对于上弦梁,车体一阶垂弯频率随着其结构刚度的增加基本不变,而一阶横弯频率则呈二次多项式关系逐渐增加。利用上述模态变化规律,可辅助开展车体固有振动特性研究,有助于针对具体优化部位进行形状和厚度等参数选择,以避开外部激励引起的共振,提升车体钢结构整体模态性能。     

基于虚拟激励法的轨道车辆垂向振动响应分析

针对传统的随机振动分析方法计算复杂、计算量大的问题,提出采用虚拟激励法求解轨道车辆的垂向振动响应,建立某型车辆的垂向动力学模型,求解车辆的垂向振动响应并验证模型的正确性.与传统求解方法的计算结果比较表明,虚拟激励法适合于求解车辆的垂向振动响应,并且计算简单.在频域内对车辆垂向振动响应的分析表明:随着车辆运行速度的提高,车体、前后转向架以及一位轮对的垂向加速度的功率谱密度和振动主频均增大,轮对的垂向振动经一系悬挂传到转向架,再经二系悬挂传到车体,其振动频率f降低,振动幅值迅速减小,传到车体上时振动已变得很弱;f＞5Hz时,车体、前后转向架和一位轮对垂向加速度的功率谱密度均随着一系阻尼器两端橡胶节点刚度与一系弹簧刚度比值的增大而增加,尤其是车体和前后转向架的垂向加速度的功率谱密度变化更为明显,因此降低橡胶节点的刚度有利于提高车辆运行的平稳性.     

车体配重对车体1阶垂弯频率的影响分析

为研究车体配重对车体1阶垂弯频率的影响,建立了车体有限元模型,考虑了地板配重、地板枕梁内外配重比及乘员刚性和弹性连接等情况。同时对车体在空载、配重大米和定员情况下进行了模态试验。结果表明:在定员人数相同情况下,乘员弹性连接车体1阶频率比刚性连接高;在配重大米(定员78人)与定员78人相比,定员78人状态车体1阶垂弯频率比配重大米(定员78人)频率高。     

高速列车比例车体侧墙试验模态分析

根据线性系统的试验模态分析(EMA)理论、SIMO分析方法、多参考点模态测试原理,针对1:8比例车体进行侧墙试验模态测试以及模态参数的辨识。根据比例车体外形尺寸,建立试验测试模型;进行传感器的布置并设置模态测试参数;利用锤击法及DHDAS软件系统进行数据采集及分析后处理;利用Polylscf模态提取法,得到比例车体侧墙的前四阶弹性模态参数和对应的阵型。结果表明:该型比例车体侧墙一阶模态为61.6 Hz、二阶模态为120 Hz、三阶模态为125.5 Hz、四阶模态为139 Hz。通过比较不同输入激励类型,比例车体一阶模态对于激励施加位置不敏感,侧墙激励下的二阶、三阶和四阶幅值大于顶板激励幅值,最大相差5.132 m/s2/N,模态响应幅值对于激励施加位置很敏感。信号频谱成分与模态频率一致,证实了试验结果的正确性。     

基于相对灵敏度分析的高速列车车体结构优化

针对某高速列车铝合金车体,对其进行静、动态特性的有限元分析,结果表明整备状态下的车体一阶垂弯频率较低。以提高车体的一阶垂弯频率为目的,利用灵敏度分析方法,计算车体的一阶垂弯频率灵敏度,质量灵敏度以及相对灵敏度。基于相对灵敏度的分析结果,确定对模态频率变化敏感的结构区域,并选取以车顶、边梁、端墙及底板等型材的厚度为设计变量的优化模型进行结构优化。优化后的车体一阶垂弯频率提升5.5%,达到11.14Hz,有效地提高了车体的动态刚度。     

吊挂刚度对车体及牵引变压器振动指标的影响分析

介绍了用于动车组车体和牵引变压器振动评定的两种指标,建立了车体-变压器有限元模型。改变车体与牵引变压器之间的连接参数——吊挂刚度,并在变压器及车体空簧处施加不同速度级下的对应实测振动信号,提取车体端部及变压器上部和底部振动响应,计算车体平稳性及变压器振动烈度。结果表明:当在350 km/h速度级下时,车体平稳性随着牵引变压器垂向吊挂刚度的增大而减小,在385 km/h速度级下时平稳性则随着垂向吊挂刚度的增大先减小后增大;车体平稳性随着横向吊挂刚度的增大则不发生明显改变;牵引变压器的振动烈度随着其吊挂刚度的增大也不发生明显改变。可得结论:牵引变压器自身的振动受吊挂刚度变化的影响较小;牵引变压器的垂向吊挂刚度较横向吊挂刚度对车体平稳性指标的影响程度更为显著。     

高速动车组车下悬挂设备隔振设计研究

高速动车组车下悬挂设备的隔振设计应最大程度地发挥设备工作效能,减小车体振动及两者的相互影响,提高乘坐舒适度。为研究车下悬挂设备隔振器参数对隔振性能的影响,根据机械振动和减振隔振理论,推导车下典型设备(牵引变压器及冷却单元)刚度设计的动力学方程。建立车体与牵引变压器及冷却单元的有限元分析模型,并以变压器振动烈度、地板舒适性和隔振效率为评价指标,深入分析隔振器刚度、风机转速、车体一阶垂弯频率、变压器质量等对隔振性能的影响,得到隔振器刚度、风机转速、车体一阶垂弯频率和变压器质量等对隔振性能的影响规律。结果表明,隔振器刚度、风机转速、车体一阶垂弯频率和变压器质量等对隔振性能的影响明显,可为车下悬挂设备隔振设计提供依据。     

抱轴式牵引电动机吊挂刚度的优化

采用多刚体动力学软件SIMPACK,在时域里建立了完整的抱轴式机车整车动力学模型,分析了牵引电动机吊挂刚度和电机点头转动惯量对电机各向振动加速度和机车动力学性能的影响。发现优化电机吊挂刚度可以改善其工作条件,特别是明显地减小电机垂向加速度,但机车整车性能几乎无变化。还比较了不同吊挂刚度电机的振动频率,指出车体振动频率低于2Hz可能是抱轴式电机吊挂刚度改变未明显影响车体振动的原因。     

动车组车辆车下悬吊设备线路振动特征分析

高速列车刚柔耦合振动会引起车下悬吊设备的剧烈运动。介绍了高速动车组车辆悬吊设备以及质量调谐吸振理论。根据试验数据,分析了构架振动响应、车下设备振动响应,以及不同车速和线路对车下设备振动响应的影响。结果表明:正常路段构架横向振动加速度振动幅值较小,而蛇形激励路段构架横向振动主频为7.4 Hz。在振动水平正常时段,设备振动显著大于车体振动,设备频域振动特征主要为高频磁致振动,设备15 Hz以上的高频振动均未传递至车体。转向架蛇行激励时段,辅助变流器和车体耦合振动频率为7.6 Hz,设备和车体振动相位基本相同。运行速度增大时,车下设备振动增强,线路条件对车下设备振动也有重要影响。     

铁道客车车体垂向弹性对运行平稳性的影响

建立了包含结构阻尼的铁道车辆垂向刚柔耦合动力学模型。运用该模型,采用基于虚拟激励法的快速平稳性算法,研究铁道客车车体弹性对运行平稳性的影响。研究表明,当车体弹性低至一定数值时,将导致车体强烈振动。运行速度越高,对车体的刚性要求越高。运用本文方法,可以获得运行平稳性对车体垂向一阶弯曲频率的要求。在算例中,当车体的垂向一阶弯曲频率达到10Hz以上时,车体弹性对平稳性的影响不大。研究还表明,当车体弹性较低时,提高车体结构阻尼和一系垂向阻尼系数,一定程度上可以抑制车体的弹性振动。     

铁道客车车体垂向弹性对运行平稳性的影n向

建立了包含结构阻尼的铁道车辆垂向刚柔耦合动力学模型.运用该模型,采用基于虚拟激励法的快速平稳性算法.研究铁道客车车体弹性对运行平稳性的影响.研究表明,当车体弹性低至一定数值时,将导致车体强烈振动.运行速度越高,对车体的刚性要求越高.运用本文方法,可以获得运行平稳性对车体垂向一阶弯曲频率的要求.在算例中,当车体的垂向一阶弯曲频率达到10 Hz以上时,车体弹性对平稳性的影响不大.研究还表明,当车体弹性较低时,提高车体结构阻尼和一系垂向阻尼系数,一定程度上可以抑制车体的弹性振动.     

孟买地铁转向架与车体垂向耦合振动分析

针对孟买地铁车辆,运用刚柔耦合的车辆振动模型,研究弹性车体与构架耦合振动,分析车体弹性对平稳性的影响。分析表明,车体刚度越大,车体弹性对平稳性的影响越小;随着转向架一系垂向刚度的增加,构架的浮沉频率会逐步增加;通过参数优化,当构架浮沉频率与车体垂向一阶弯曲频率相近时,不会发生车体垂向弯曲共振现象。     

铁道客车车体模态分析及垂向弯曲频率优化研究

基于有限元模态分析和试验模态分析技术对某型铁道客车车体进行了模态参数识别。由于整备车体一阶垂向弯曲频率的计算值与试验值均低于标准要求的10Hz,利用有限元模态分析方法对车体结构进行了局部优化,最终使整备车体一阶垂向弯曲频率提高到10.64Hz,满足了标准的要求。