车间纵向减振器对高速动车组动力学性能的影响研究

为研究车间纵向减振器对高速动车组相关动力学性能的影响,以CRH380B型动车组为基本模型,利用CRH380A型列车车间纵向减振器参数,基于车辆动力学理论,采用动力学仿真软件SIMPACK建立四动四拖八节编组的非线性列车动力学模型。对列车是否加装车间纵向减振器进行对比,分析列车平稳性、稳定性和列车纵向动力学。结果表明:加装车间纵向减振器可使车体横向平稳性指标降低4.4%,轮轨磨耗指数降低2.0%,车体摇头角降低36.4%,抑制车体1~3Hz的横向振动和0.4~13Hz的纵向振动。建议高速列车加装合理刚度和阻尼参数的车间纵向减振器。     

基于列车纵向缩比模型的摩擦力尺寸效应研究

为解决列车纵向缩比模型试验中轮轨摩擦力载荷难以精确缩比的问题,基于列车纵向多体耦合碰撞模型,以国内某8编组动车组为例,研究轮轨摩擦系数对碰撞过程中能量耗散的影响规律。研究表明,列车碰撞过程中的能量耗散主要集中在头部碰撞界面,且轮轨摩擦系数对列车碰撞过程中响应规律的影响是不容忽略的。采用最小二乘法构建头部碰撞界面最大压缩量(D)关于运行车辆轮轨摩擦系数(μ_1)、静止车辆轮轨摩擦系数(μ_2)的三阶响应曲面,实现不同摩擦系数间的相互转化,并同列车1/8比例模型碰撞试验结果进行比较。结果表明:响应面模型的拟合结果与试验结果吻合较好,相对误差为8.86%,说明响应面模型是可靠的。     

一种用于模拟车辆冲击试验的铁路货车纵向连接模型

考虑车辆及其零部件的纵向力传递细节,提出一种新的用于模拟车辆冲击试验的铁路货车纵向连接模型;其中,在钩缓组成子模型中考虑缓冲器各摩擦部件之间的几何和力学关系,在车体与转向架连接子模型中考虑上、下心盘之间的黏着、滑动和碰撞行为,还通过在车体结构虚拟体之间加入虚拟弹簧以模拟车体自身的结构变形。基于所建立的模型,采用MATLAB软件编制车辆纵向冲击动力学计算程序,并以C80型运煤专用敞车为例仿真计算车辆的纵向冲击响应。与现场试验结果对比表明:仿真结果与现场试验结果基本一致,说明提出的货车纵向连接模型贴近车辆的实际运用状态;利用该模型不仅可以研究各车辆之间的纵向振动问题,还可以研究车体与转向架之间的纵向振动和车体结构纵向变形等问题,拓展了列车纵向动力学研究的应用领域。     

基于逐级吸能原理的地铁B型车耐撞性分析

基于逐级吸能原理,建立了地铁B型车的非线性大变形碰撞动力学有限元力学模型,应用LS-DYNA非线性大变形分析软件,对两列列车碰撞情形进行了数值模拟分析。研究结果表明:列车结构设计符合逐级吸能原理的要求,仅吸能装置和部分车体端部结构产生了塑性变形,客室结构区域纵向长度的最大变化值均小于其总长的1%,乘客的生存空间可以得到保障,且列车间不会发生爬车现象。     

正面斜碰撞下列车脱轨行为与机理研究

随着列车提速和高速化发展,列车运行安全性和可靠性保障要求愈发受到关注和重视。尽管列车具有一系列主动安全保障措施,但如果发生意外碰撞脱轨事故,将造成灾难性后果和巨大经济损失。为进一步揭示列车碰撞脱轨机理、提升列车碰撞被动安全性能,建立包含车体、转向架、悬挂系统及缓冲吸能装置的三编组列车碰撞有限元模型,考虑材料、几何和接触等典型的碰撞动力学非线性特征,仿真模拟正面斜碰刚性墙引起的车体结构动态响应与列车脱轨行为,讨论列车碰撞速度(36,50和72 km/h)、碰撞角度(30°～65°)和轮轨摩擦因数(0.1,0.2,0.3,0.4)等关键参量对列车碰撞脱轨行为的影响规律与机理。研究结果表明,车体头部界面碰撞力通过悬挂系统传递至轮对,引起轮轨纵向、横向和垂向接触力剧烈振荡,导致头车前、后转向架轮对均以爬轨/侧滚组合的形式脱离轨道,且轮轨横向力随着列车碰撞速度的增大显著增加;头车碰撞界面横向力随着碰撞角度的增大呈现先增大后减小的趋势,而纵向及垂向界面碰撞力均随着碰撞角度的增大而增大;较高的轮轨摩擦因数容易引起列车碰撞过程中车轮跳轨,但会抑制车轮爬轨行为。研究结果可为列车碰撞被动安全设计与脱轨防护...     

基于改进的Newmark-β法重载列车车钩纵向力仿真研究

重载列车运行过程中过大的车钩纵向力一直是制约重载列车发展的瓶颈,空气制动不同步是产生列车纵向冲动的根源,导致车体挤压车钩形成车钩力。传统的经过制动特性试验采集车钩力的方法耗时耗力,为了经济地获取重载列车在不同线路上运行时车钩力的大小,将Newmark-β法应用于重载列车车钩纵向力的仿真分析中。由于列车纵向动力学方程是非常复杂的非线性方程,传统方法为了保证计算精度而采用大量迭代运算,耗时长效率低。基于增量思想改进Newmark-β法,通过引入预测解直接对非线性方程进行处理,然后对预测解进行校正,最终得到收敛的近似解。算例结果表明,改进算法在保证了计算精度的同时计算效率更高,更适用于长大编组重载列车车钩纵向力的仿真计算和分析。     

重载列车纵向冲动分布试验研究

通过1万t和2万t重载列车的运行试验,得到重载列车在不同的货车和机车编组方式、线路工况、机车牵引特性、操纵方式、制动以及车钩间隙等各种试验工况下的试验数据,并根据试验数据分析列车中不同位置货车的车钩力以及车体纵向加速度值的分布规律。分析结果表明:重载列车制动时的车钩力最大值均出现在制动开始缓解至缓解完毕的过程中;采用1+1编组方式的1万t重载列车在长大下坡道制动时的车钩力均大于平直道时;而采用1+1编组方式的2万t重载列车在长大下坡道制动时的车钩力均小于平直道时。货车在列车中所处的编组位置不同,其车体纵向冲动也不同;车钩间隙减少2/3,则车钩力可降低近1倍。主从控机车通讯及时可靠也是使不同位置的货车车钩受力分布均匀和减小列车中车体纵向冲动的重要措施。     

CRH2动车组车辆间减振器的最佳布置位置及动力学行为研究

以CRH2的动力学参数为基础,基于多体动力学软件Universal Mechanism建立了6动2拖8辆编组的动车组列车系统动力学模型。从列车的稳定性、平稳性和曲线通过性能3个方面考量,将无纵向减振器与有纵向减振器的两列动车组进行对比分析,研究表明,车辆间加装纵向减振器由于加强了车辆间的耦合作用,可提高列车的蛇行稳定性及非线性临界速度,但是,过大的阻尼和节点定位刚度会降低列车的曲线通过性能,增加轮轨磨耗;通过研究车辆间纵向减振器的不同安装位置对列车动力学性能的影响,确定了其最佳安装位置为车体底架端部左右两侧,与车钩中心线等高,横向跨距3.2m处。     

重载列车同步控制下纵向力仿真研究

列车纵向力成为评价重载列车同步控制性能的一个重要指标,为对其进行研究,建立了列车纵向动力学数学模型,通过Matlab/Simulink设计仿真模型,计算不同编组和不同工况下万吨列车的纵向力,并与试验数据进行比对来验证该仿真模型的可行性,同时也验证了同步控制的组合列车比传统编组方式列车在纵向动力学性能上更具优越性,为进一步分析和优化列车同步控制提供仿真平台和理论依据.     

车辆调车纵向冲击特性研究!

基于车辆在编组连挂时的缓冲器冲击修正模型,通过建立多组列车冲击模型、车体刚度串联模型以及车体-钩缓装置-车体的串联模型,分别研究不同列车编组数量、不同冲击工况、不同车体刚度及不同阻抗特性的车辆缓冲器的组合对车辆纵向冲击特性的影响。结果表明,当冲击车和被冲击车的数量均大于2时,最大车钩力与车辆的数量间不存在明显关联,且此时冲击面的车钩力比编组为其他数量时的车钩力大,因此在进行车辆冲击试验及缓冲器性能测试时,冲击车和被冲击车的数量均大于2较为合理。当车体刚度较小、冲击速度较高时,车体刚度会对车钩力产生较大影响;冲击车和被冲击车具有不同阻抗特性的缓冲器组合冲击时,其最大车钩力和缓冲器行程会不同。因此,新型缓冲器的阻抗特性应设计为在低速冲击时具有柔性,从而保证低速冲击时的车钩力平缓增长,而在高速冲击时应体现为刚性,以限制缓冲器的最大行程。     

基于车辆响应的高速铁路轨道几何状态评估方法

轨道几何状态科学评估对保障高速铁路列车平稳、安全运行具有重要意义。基于高速综合检测列车多次检测数据，利用卷积神经网络、注意力模块和长短时记忆网络，分别学习数据的波形特征、注意力权值、长距离空间依赖关系特征，建立CBAM-CNN-LSTM车辆动态响应预测模型。该模型通过输入轨道几何、运行速度和车型预测不同工况下的车辆动态响应，进而利用预测的车辆动态响应评价轨道几何状态。研究结果表明，建立的模型能够有效预测车体振动响应，根据我国某高速铁路两种车型综合检测列车检测数据的验证结果，车体横向、垂向加速度的均方根预测误差分别为0.004g、0.009g,相关系数分别为0.608、0.793;利用预测的车辆动态响应评估轨道状态，能够有效识别引起车体振动加剧的轨道几何不利状态或隐形病害。此外，模型内部的注意力权值有助于分析挖掘导致轨道状态不良的轨道几何参数类型和位置信息。     

列车多体耦合撞击分析

设计了耐冲击吸能车体,其前端司机室控制台前端和尾端为塑性大变形区域,中间载客区为弹性小变形区域。建立轻轨列车的等效简化模型。对实际模型和简化模型在同样工况下进行了撞击计算,结果显示等效模型和简化模型的变形过程相似,力—位移曲线也基本相同。在简化的轻轨车模型基础上,模拟6辆编组的轻轨列车以25km.h-1速度撞击一列静止的轻轨列车,得到各辆车的动力学响应。计算结果显示,车辆与车辆之间发生了多体耦合撞击,每辆车都产生了塑性变形,其中头车前端塑性变形较大。     

编组长度对高速列车表面交变压力载荷的影响

基于标准κ-ε双方程湍流模型,采用滑移网格方法,对不同编组长度(3车编组,4车编组,5车编组和8车编组)高速列车明线交会以及于各自最不利长度隧道通过和交会工况进行模拟,并对车体表面产生的交变压力载荷进行研究。数值计算结果和实车试验结果进行对比,波形吻合度高,误差不超过6%。研究结果表明:列车明线交会时,列车压力波尾波幅值由3车编组到8车编组减小11%;列车于各自最不利长度隧道通过和交会时,编组长度不改变列车车体表面压力波变化规律,但对幅值有较明显影响;列车通过隧道时压力波峰峰值由3车编组到8车编组增大14.0%,列车于隧道中心处交会时该值增大26.4%。     

基于某地铁列车的碰撞仿真与事故对比分析

建立了某地铁列车详细的碰撞有限元模型,通过一列以37 km/h运行的6编组列车与另一列静止的相同编组列车的正面碰撞,从列车各接触位置的界面力、头车和中间车端部变形情况,以及能量变化与分布情况等角度对列车的碰撞进行仿真和事故对比分析。分析结果表明:防爬吸能装置、司机室结构以及客室连接部位的车体铝合金结构产生局部塑性变形,占列车碰撞总动能的48. 2%;碰撞过程中,头车吸能装置和部分车间吸能装置结构产生了破坏,仿真结果与实际情况较为一致。     

新德里RMGL项目车体耐碰撞性能研究

在AW3工况下,利用有限元模拟软件HyperMesh和Ls-Dyna对新德里RMGL项目车体进行被动安全性及耐撞性分析。以弹簧代替车钩建立一列车与另一列车的碰撞模型,运用瞬态非线性有限元碰撞仿真方法,分析两列车的碰撞过程,结果满足EN 15227中车辆的碰撞要求。     

重载机车车辆调车连挂冲击特性分析

机车车辆轴重的提高和列车编组数量的增加会导致调车连挂冲击中的纵向冲动显著增大,从而带来一系列安全隐患。通过构建摩擦缓冲器动力学修正模型、车辆冲击动力学模型及车体—钩缓—车体串联模型等,研究了不同制动状态及不同阻抗特性缓冲器组合对车辆纵向冲动的影响。结果表明:缓冲器动力学修正模型能较好地模拟机车车辆调车连挂冲击中的缓冲器特性,以及制动阻力作用下的车钩力变化;车体—钩缓—车体串联模型能较好地模拟装配不同阻抗特性缓冲器的机车车辆连挂组合的冲击,对缓冲器的合理选用具有一定的理论指导价值。     

利用车体间横向减振器改善高速列车的舒适性

为了抑制高速列车在隧道内因气压波动引起的车体横向振动,建立了安装车体间横向减振器的单车等效模型,结合实际编组列车模型,探讨了车体间横向减振器对抑制车体振动的效果。     

能量吸收方案对列车碰撞响应的影响

为了研究列车头车司机室吸能装置的行程、界面力及中间车钩缓冲装置的界面力对列车碰撞响应的影响,建立了列车碰撞纵向多体动力学模型,以2列完全相同的8节编组列车碰撞工况为例,对配置不同能量吸收方案的列车碰撞动态响应进行了分析和对比。研究结果表明:头车司机室吸能装置的行程存在最优值,在不超过最优值的前提下增加其行程可以减小碰撞后期各车辆的加速度;增加司机室吸能装置的界面力会使中间车辆加速度显著增大;同步减小各中间车钩缓冲装置界面力,会使中间车辆加速度增大;以递减式与向内递减式减小中间车钩缓冲装置界面力可以增加中间车端吸能量;递增式增大中间车钩缓冲装置界面力会增加司机室端部吸能量。     

基于纵向冲动的混编货物列车编组方案研究

考虑缓冲器内部斜楔结构的动、静摩擦状态转换以及车体底架结构的缓冲效应,对货车用缓冲器阻抗特性的计算方法进行改进,并在此基础上利用MATLAB软件建立21,23和27t轴重混编货物列车的纵向动力学模型,计算和分析不同空车比例及位置、不同轴重及载重、不同车型的混编模式对列车各车辆间纵向冲动的影响;研究有利于减小列车纵向冲动、降低空车脱轨概率的混编列车编组方案。结果表明:在空、重车混编时,应控制编入空车的数量,且尽量将空车集中置于列车的尾部,且要避开全重列车最大压钩力附近的车位;在有不同轴重及载重的车辆混编时,应将较重的车辆置于列车前部,较轻的车辆置于列车后部,并尽可能地按车辆重量递减依次编入;在用不同车型的车辆混编时,应避免将车体刚度较小的平车和罐车置于列车中部。     

高速列车车间悬挂对运行平稳性影响的研究

以列车为研究对象,采用面向对象的建模技术,建立了带车端悬挂系统的5辆车编组、3辆车编组以及单车的垂向及横向非线性动力学模型,对高速列车的运行平稳性进行研究。对单车和3辆车编组的列车模型的频域分析表明车辆间加入车端悬挂系统增加了车辆间的耦合,能有效地提高列车高速运行时的平稳性。运用5辆车编组的列车动力学模型,采用时域仿真的方法,对车端悬挂参数进行了研究。研究表明车端的横向及垂向刚度和阻尼分别对列车的垂向和横向运行平稳性影响较大,车端的纵向能同时起到抑制车辆点头和摇头振动的作用,但需要设置较大的数值。