地铁受电弓等效模型的半虚拟参数识别

为探究受电弓与刚性接触网系统磨耗过大、结构使用寿命短等可靠性问题,在半虚拟条件下建立适合地铁直流受电弓的动力学模型。在初步受电弓模态分析基础上,优化参数识别方法得到归算质量模型动态参数及其内部摩擦力,由数值计算结果获得各部分气动抬升力系数,建立较为完善的受电弓模型,并结合试验结果进行比较。结果表明,半虚拟的建模方法可以快速准确地建立具有限位、气动力等参数的受电弓模型,所得模型可反映受电弓在13 Hz以下的动态响应情况;模型具有弓头质量归算系数小于1,弓头刚度大且上框架刚度小的特点;在刚性接触网条件下,弓网系统主导频率接近受电弓1阶固有频率,可能会造成弓网刮蹭和共振,影响弓网系统的可靠性。     

脉冲荷载激励下扣件弹条扣压力检测方法

为了更准确检测出高速铁路扣件弹条扣压力不足,提出了利用脉冲荷载激励下扣件弹条模态特征来快速无损检测扣压力的方法。通过对不同扣压力状态下的扣件弹条进行力锤激励试验,获得相应的弹条模态参数,进而得到扣压力与弹条固有频率的对应关系,最后通过测试弹条模态频率推算出其扣压力。结果表明：标准安装状态下的WJ-7型扣件弹条在0～1 200 Hz内共有两阶模态,分别为781.60、922.86 Hz;移动激励点得到的加速度导纳值有差异,但固有频率相同;不同扣压力下弹条第1阶模态振型特点主要为两侧肢的垂向振动,后肢承受较大扭矩;扣件弹条扣压力与弹条第1阶频率基本呈线性关系,实际线路中可通过测试弹条固有频率来得到扣压力。     

基于虚拟样机技术的高速弓网系统研究

虚拟样机技术的核心是参数化、可视化设计和综合性能分析。本文结合我国250km/h高速受电弓设计,应用虚拟样机技术,对铁路接触网-受电弓系统进行系统研究。在进行受电弓可视化三维实体设计的基础上,应用多体系统动力学软件SIMPACK和有限元计算软件ANSYS,进行了受电弓的几何分析及受电弓零部件的强度和刚度校核,计算了接触网振动模态和自振频率;运用结构子结构方法,建立了受电弓-接触网耦合系统模型,计算了不同模拟运行速度下的弓网振动和接触压力响应,以及机车运行振动对受流的影响;最后为了考核接触网的疲劳可靠性,进行了在运行条件下的接触网动应力研究。     

边界条件对比例车体模态参数的影响

边界条件是结构进行模态分析的基础,不同的边界条件施加方式通过改变结构刚度影响结构模态参数。首先通过理论推导计算模态分析和试验模态分析的基本原理,然后对比例车体有限元模型建立5种可行的边界约束条件,计算分析知弹簧悬挂时比例车体前30阶固有频率与自由模态最大误差为0.02346%,边界条件4和边界条件5时固有频率最大误差分别为25.3386%和10.2383%,在试验模态中可用弹性悬挂模拟结构自由模态。对弹簧悬挂、弹簧杆悬挂和空簧支撑3种不同边界条件下的比例车体进行锤击模态试验分析,得出第3阶垂弯频率最大误差分别为2.545%、2.961%和4.812%,均小于误差允许值5%;利用模态判定准则(MAC矩阵)判定试验模态中结构固有频率的相关性,验证了边界条件对比例车体模态参数的影响。     

基于SIMPACK的受电弓结构参数研究

利用多体系统动力学技术,借助多体系统动力学软件SIMPACK建立受电弓—接触网耦合仿真试验平台。通过仿真试验平台对受电弓模态进行了分析,同时研究了受电弓参数对弓网动态特性的影响。系统研究受电弓—接触网系统的目的在于优化其结构及悬挂参数,以改善弓网受流特性,设计最佳性能的受电弓。     

车体地板局部模态及谐响应分析

文章以某一研发项目的车体为研究对象,运用ANSYS软件对仿真分析模型进行模态分析,得到了车体局部固有频率及振型。在模态分析的基础上,对变压器安装的两种方案进行了谐响应分析,并得到了不同频率载荷作用下的结构响应。     

高速列车U型橡胶外风挡结构模态有限元计算与试验分析

随着旅客列车运行速度的提升,安装在车厢连接处的U型橡胶外风挡结构在列车空气动力作用下产生变形振动,当气动载荷的激励频率接近外风挡结构固有频率时易引起共振现象。为分析U型橡胶外风挡结构固有动态特性,利用模态有限元计算和试验相结合的方法,比较有限元模态计算中2种材料本构模型的区别,并研究模态试验激励点与响应点位置对U型橡胶外风挡结构模态参数的影响。研究结果表明:有限元模态分析时,网格单元层数过少导致计算结果刚度偏大;采用Mooney-Rivlin本构模型计算橡胶材料模态参数相对于线弹性更为合适;有限元模态分析所得结构振型可为模态试验响应点位置的选择提供指导。研究成果可为高速列车U型橡胶外风挡结构设计提供参考。     

基于ADAMS的地铁弓网耦合仿真分析

对地铁列车TSG18E型受电弓及刚性接触网建立三维实体模型,利用有限元分析软件Ansys对模型进行模态分析;利用多体动力学软件Adams建立受电弓与刚性接触网的耦合动力学模型,分析列车运行速度、弓头刚度与弓头质量等弓网结构参数对动态接触压力的影响,为改善弓网结构参数提供参考。     

Ⅱ型弹条模态特征模拟分析与试验研究

为得到客货共线铁路用Ⅱ型弹条的模态特征,采用有限元模态分析方法对其在自由状态及标准安装状态下的模态特征进行了数值模拟。计算结果表明,0～1 500 Hz频率范围内Ⅱ型弹条在自由状态和标准安装状态下分别存在5阶和2阶模态。对Ⅱ型弹条在自由状态及标准安装状态下的模态特征进行了室内试验验证,试验结果与数值计算结果基本一致,验证了有限元模型的准确性及有限元模态分析方法的正确性。     

广深线准高速客车发电车车体的动力响应分析

应用试验模态分析方法和结构动力响应的实验研究，对带有强迫振振源的发电车车体的动力特性进行了研究分析。结果表明发电车车体的结构设计基本符合动态设计准则。各阶固有频率与机组运转产生的振动频率不相接近。车上于良好工作状态。     

Ⅲ型弹条断裂原因分析

针对一地铁线DT-Ⅲ型扣件弹条断裂情况进行统计和分析,发现弹条断裂主要集中在曲线地段钢轨波磨处。利用有限元方法建立数值模型,分析了弹条安装状态下的模态特征,对弹条在实际工作状态下的振动特性进行了测试分析,并与现场动力学试验结果进行了对比。研究结果表明,当轮轨力激励频率与弹条固有频率接近或一致时,将会引起弹条的共振效应,从而导致弹条断裂。     

基于模态分析的扣件弹条扣压力测试方法

为了提出一种方便高效的扣件弹条服役状态下扣压力的测试方法,首先建立扣件系统精细化的三维实体有限元模型,分析得到扣件弹条扣压力与其固有频率的对应关系,进而提出通过测试弹条工作振动模态从而推测出弹条扣压力的间接测试方法。研究结果表明:扣件弹条扣压力与弹程基本呈线性关系,其对应关系不随轨下胶垫刚度变化而改变,就Ⅲ型弹条而言,其扣压力同弹程之比约为1. 0 kN/mm;服役状态下弹条第1阶固有频率随扣压力变化近似呈线性变化,根据Ⅲ型弹条正常服役状态设计要求以及考虑最大残余变形的安全扣压力,可得在有效扣压力范围内弹条对应的第1阶固有频率为800～1 040 Hz;通过测试服役状态下扣件弹条工作模态频率,即可间接得到服役状态下扣件弹条的实际扣压力,为辨别扣件是否失效提供科学依据和有效便捷的测试方法。     

新型城轨受电弓结构强度仿真分析

针对城轨车辆受电弓强度要求高、易产生强度破坏等问题,文章以某型号单臂双滑板城轨受电弓为研究对象,绘制了受电弓结构简图,分析了其结构特性,建立了详细的三维模型。建立了受电弓离散有限元仿真模型,对其特定工况下的结构静强度、结构固有特性进行了仿真求解与分析,并基于Goodman疲劳极限图对主要评价点的疲劳特性进行了分析评价,得出了结论及优化方案,为后续受电弓结构优化研究提供了理论依据。     

一种受电弓安全状态检测方法

受电弓的安全状态直接影响到地铁列车运行的安全可靠。针对受电弓在列车运行过程中容易出现的故障问题，文中介绍了一种受电弓安全状态检测方法。通过在列车顶部安装受电弓安全状态检测系统，采用相机成像、紫外探测、光纤MEMS技术、红外热成像等多种技术手段，对受电弓羊角断裂、升弓位置异常、弓头滑板倾斜、燃弧、弓网压力、硬点等状态进行识别，并对获取的图像和数据信息进行检测分析，最终实现全天候在线对受电弓进行安全性能检测及异常检测的需求。     

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。     

高速铁路用WJ-8型扣件弹条模态特征试验研究

高速铁路无砟轨道在钢轨波浪形磨耗或车轮多边形磨耗等影响下扣件产生共振导致弹条断裂的情况时有发生。WJ-8型扣件是我国高速铁路无砟轨道结构常用扣件,为了分析其弹条断裂损伤机理,采用锤击激励法对扣件弹条的模态特征进行了试验研究。结果表明:标准安装状态下WJ-8型扣件配套使用的W1型弹条在0～1 000 Hz频率范围内具有2阶模态,第1阶模态振型为弹条两侧肢以扣压端和支承端为支点反对称外翻振动,两侧肢的振动方向相反,第2阶模态振型为弹条两侧肢以扣压端和支承端为支点对称外翻振动,两侧肢的振动方向相同;弹条固有频率波动与安装状态有关,可通过调整弹条安装状态,避免弹条在轮轨的高频激励下产生共振,从而减轻弹条伤损。     

基于动力学特性的结构损伤识别研究进展

结构的健康监测和损伤识别技术对于分析结构的工作状态、评估结构的安全性具有重要的意义。近年来,工程结构损伤识别技术受到了广泛的关注。文章综述了目前国内外基于动力学特性的工程结构损伤识别理论研究与最新进展,内容包括固有频率、模态振型、曲率模态、应变模态、应变能变化、柔度变化等结构动态损伤识别技术。最后,展望了工程结构损伤识别技术研究的发展趋势。     

环境随机激励下高速客车的工作模态分析

根据线性系统在环境激励下各输出点响应之间的相关函数与脉冲响应函数具有相类似的数学表达式,得出了互相关函数理论可同多种经典时域模态分析方法(如:多参考点LSCE法)相结合进行环境激励下模态参数识别的方法。在试验台上以白噪声激励模拟环境激励,对新试制的300km/h高速铰接式试验客车进行了工作状态下的模态试验和分析,并与传统的模态识别法(FRF)进行了对比和分析。试验结果显示,二种方法对模态频率和阻尼比的识别误差分别不超过5.4%和9.9%。这表明,利用环境激励法进行系统工作状态下的模态参数识别是行之有效的,该法可推广应用于在实际线路上运行的各类车辆的模态试验和分析。     

地铁扣件弹条失效分析及结构阻尼优化

为研究弹条断裂失效原因,以地铁常见DI弹条为研究对象,分析和总结断裂DI弹条材料宏观及微观特征,初步发现伤损弹条裂纹源区凹凸不平,存在表面缺陷。建立扣件弹条及铁垫板有限元简化模型,分析弹条中肢与扣件铁垫板不同安装深度对弹条强度的影响,发现非正常安装2 mm以上弹条中趾接触位置出现接触应力集中斑,且超过正常安装深度4 mm时应力急剧增大。通过对DI弹条自由、安装下试验模态参数识别,首次得到弹条中肢相对于扣件铁垫板不同安装深度下模态参数特征,弹条模态仿真结果与试验结果对比误差在3%以内。借助行车条件下弹条模态特征及钢轨波磨测试分析结果,揭示DI弹条中肢在超过正常安装深度2 mm以上其安装模态频率与钢轨磨耗激励频率范围(462～668 Hz)基本吻合,导致在周期性强迫振动激励作用下发生共振失效的机理。基于DI弹条断裂失效机理,以“远离激励频带、减小振动幅值及保证互换安装”为改进目标,对弹条进行结构阻尼优化。相对原DI弹条参数特征,优化结果显示,阻尼弹条强度满足材料要求,且疲劳寿命提高4.86倍;阻尼弹条安装模态频率先减小后增大,成功避开钢轨波磨激励频率范围;阻尼弹条主峰值频率幅值下降8.4%...     

轨道交通车辆车体垂向弯曲频率优化研究

轨道交通车体轻量化是降低运营能耗、减轻轮轨间动力作用的重要手段,但车体轻量化使得车体模态频率下降,致使车体弹性振动加剧,增加结构共振的风险。研究表明,通过优化承载结构来提高整备状态下车体模态频率的效果非常有限。提出运用承载结构模态频率和整备状态质量来估算整备状态下车体模态频率的公式,以及通过下吊设备弹性悬置实现大幅提高车体整备状态垂向弯曲频率的方法,并给出悬置质量与整备状态频率的关系式。运用有限元分析模型对关系式的验证表明,简化估算公式具有很高的准确性,对车体垂向弯曲频率的优化具有指导意义。