时速400km高速动车组动力学性能分析

为了研究时速400km高速列车的动力学性能,建立了多体系统车辆动力学模型.通过数值仿真分析,对新轮和磨耗轮状态下的车辆动力学性能进行了研究和比较.结果表明:车辆运行稳定性方面:新轮状态下,中间车辆的构架横向加速度相较于头尾车辆减小21％;磨耗轮状态下,中间车辆的构架横向加速度相较于头尾车辆减小35％.运行安全性方面:中间车辆的轮轨垂向力比头尾车辆增大13％;相较于新轮状态,磨耗轮状态下的轮轨横向力增大41％.在所有的仿真分析计算当中,车辆动力学性能指标均满足相关标准要求,证明了时速400 km动车组的设计是合理的.     

适用北美地铁车辆碰撞吸能区设计的试验研究

采用北美地铁车辆碰撞设计标准,研究车辆碰撞时能量吸收区的工作机理和能量分配数据.首先,归纳吸能区设计、计算和试验的基本技术路线;其次,建立了车辆吸能区碰撞计算的有限元模型,依据ASME RT-2:2014标准中提到的车辆碰撞速度和车辆状态条件,分析得出了吸能区碰撞过程的速度、加速度等的分布规律;最后,采用实际碰撞试验的方法验证吸能区的实际加速度数值,对比与计算模型的一致性.通过设计计算和试验研究,得出碰撞吸能区可满足美国地铁车辆标准的结论,可以进行产品的生产应用.     

体悬电机变轨距转向架动车动力学性能及参数优化

建立了一种适用于1 435/1 000 mm轨距变换、电机体悬的高速动车组变轨距转向架动车的动力学模型;重点计算在2种轨距线路上动车采用不同的轮轨匹配关系、不同磨耗状态下的运行稳定性分岔特性,并计算了轨距、轮轨游间对运行稳定性的影响;计算了车辆运行垂向和横向平稳性以及在不同曲线工况条件下车辆的曲线通过性能,结合相关动力学标准对各项动力学性能指标进行了评定,并对造成各项动力学指标差异的原因进行了简要分析;以电机体悬式变轨距转向架动车的12个悬挂参数为因子,以车辆蛇行失稳速度、轮轴横向力、轮轨垂向力、轮重减载率和脱轨系数5个动力学指标为响应,采用最优拉丁超立方设计方法进行试验设计;建立径向基神经网络代理模型,采用NSGA-Ⅱ多目标遗传算法对动车主要的悬挂参数进行多目标优化。计算结果表明:在设计工况条件下,所设计的高速动车组变轨距转向架动车在2种轨距线路上运行稳定性、平稳性和曲线通过性能均能满足设计要求;在1 000 mm轨距上运行的稳定性优于1 435 mm轨距情况,但运行平稳性和曲线通过性能劣于1 435 mm轨距情况;优化后的悬挂参数可以兼顾车辆的运行稳定性、平稳性和曲线通过性能,使车辆具有更好的动力学性能,在2种轨距线路运行上所有计算性能指标均满足相关标准。      

10％低地板车体铰接式有轨电车疲劳性能研究

由于100%低地板有轨电车车辆结构特点,目前动车组及地铁列车采用的疲劳计算方法较难应用于低地板车辆疲劳分析.通过对某市100%低地板有轨电车实际运营工况进行分析,结合标准EN12663:2014及标准VDV152,总结了适用于低地板有轨电车疲劳分析工况,并采用德国标准DVS1612:2014对其进行疲劳性能分析.计算结果表明,该有轨电车焊缝区域最大利用系数为0.969,母材最大利用系数为0.895,疲劳性能满足标准要求.     

CRH380B动车组车体高度差对动力学性能的影响

为研究车体之间高度差对动力学性能的影响,针对8辆车编组的CRH380B型动车组,考虑典型的轮轨匹配关系,对无车高差及典型的6种车高差分别建立动力学仿真模型,针对典型的风速和限速,对车高差产生的空气动力学影响进行数值分析.同时,以空气动力学数据为输入,分析了车高差对列车系统动力学性能以及对动车组侧风运行安全性的影响.在15~30 m/s侧风作用下,不同的车体高度差工况对运行安全性指标的影响一般在10%以内.车辆动力学指标均满足相关标准要求,运行安全性指标具有一定的安全裕量.     

地铁车辆运行工况对轴箱轴承寿命的影响

根据地铁车辆运行工况的复杂性,首先对地铁车辆线路工况进行划分,并基于此提出了能够计及线路超高、钢轨波磨和车轮不圆度的轴箱轴承寿命计算方法,然后利用所提出的计算方法对某地铁车辆轴箱轴承寿命进行了计算,并根据计算结果选择合理的钢轨打磨和车辆镟修时机,从而以最低的线路及车辆维护费用延长轴箱轴承的使用寿命.算例中,车辆的车轮不圆度对轴承寿命影响最为显著,由车轮不圆度导致轴承寿命最大下降34.1%,而钢轨波磨引起的轴承寿命下降最大为5.6%,曲线超高引起轴箱轴承寿命的下降为2.8%;根据计算结果,提出将轴箱垂向振动加速度30g和3g分别作为线路维护车轮镟修的临界点.     

液压减振器失效对跨座式单轨车辆动力学性能的影响分析

以某国产跨座式单轨车辆为研究对象,采用动力学仿真软件建立跨座式单轨系统动力学仿真模型,分析液压减振器不同失效工况对车辆动力学性能的影响.重点考察了倾覆系数、水平轮径向力、车体侧滚角和运行平稳性指数.分析结果表明:车辆在曲线轨道运行过程中,液压减振器不同位置失效工况下车辆的倾覆稳定性、抗脱轨稳定性与运行安全性均会变差,且发生工况五或工况六时,动力学性能最差,此时会严重影响到车辆的稳定运行,应减速停车疏散乘客;而车辆在直线轨道以最高运行车速75 km/h运行时,液压减振器不同的失效工况下车辆的横向和垂向平稳性与正常工况运行相比,横向平稳性影响较小,但对车辆的垂向平稳性影响较大.     

基于ANSYS的地铁车辆逆变器吊装结构强度分析

针对列车运行时逆变器吊装结构存在着焊缝的开裂状况,依照标准EN 12663《铁道车辆车体结构要求》,以某新型地铁车辆底部的逆变器吊装结构为研究对象,根据标准中的不同工况进行有限元分析.分析结果显示,逆变器吊装结构在给定载荷工况下应力均小于材料的屈服应力,满足材料强度需求.     

基于ANSYS的地铁车辆逆变器吊装结构强度分析

针对列车运行时逆变器吊装结构存在着焊缝的开裂状况,依照标准EN 12663《铁道车辆车体结构要求》,以某新型地铁车辆底部的逆变器吊装结构为研究对象,根据标准中的不同工况进行有限元分析.分析结果显示,逆变器吊装结构在给定载荷工况下应力均小于材料的屈服应力,满足材料强度需求.     

桥梁柔性对中低速磁浮车辆平曲线通过的影响

为研究桥梁柔性对中低速磁浮车辆在曲线半径为70.0 m的平曲线上运行时的动态响应影响,对通过柔性桥梁和刚性轨道时的车辆动态响应开展了对比分析. 首先,建立了122个自由度的车辆空间动力学模型,模型中考虑了具有主动悬浮与被动导向特性的二维磁轨关系;其次,利用三维铁木辛柯梁参数化建模方法,建立了由柔性桥梁组成的平曲线有限元模型;最后,通过悬浮力的联系形成了车辆-曲线桥梁系统刚柔耦合动力学模型. 研究结果表明:17.0 m跨径的圆曲线桥梁的自振特性和动位移响应满足相关标准要求;与车辆通过刚性轨道相比,柔性桥梁作用下的车辆系统动态响应更为剧烈,这种差异在车辆系统的横向动态响应上体现明显,而悬浮间隙和车体垂向加速度的响应差异较小,考虑刚性轨道时将高估车辆的曲线通过能力;柔性桥梁和刚性轨道两种模型计算得到的电磁铁最大横向位移不超过6.0 mm,悬浮间隙可在额定值的 ± 4.0 mm内波动,表明在开展对比计算的工况下车辆具有良好的曲线通过性能.      

基于柔性多体动力学的地铁车辆半主动控制

为了对地铁车辆的运行性能实现更准确的评估和更有效的优化,借助有限元理论和子结构理论建立了车体和转向架构架等关键零部件的柔性动力学模型;基于天棚半主动控制算法和柔性多体动力学理论,建立了考虑半主动控制悬挂的地铁车辆刚柔耦合动力学模型;考虑轨道随机不平顺的影响,研究了半主动控制悬挂以及结构柔性对地铁车辆运行稳定性和乘坐舒适性的影响。研究结果表明:相对于传统的悬挂装置,天棚半主动控制极大降低了车辆的振动加速度,并使其变化趋势更加平缓,对车辆的低频振动有明显的抑制作用;采用本文的研究参数,天棚半主动控制在直线段可使车辆的垂向Sperling指标和垂向振动加速度均方根(RMS)分别降低26.8%和7.5%,使车体横向Sperling指标和横向振动加速度RMS分别降低8.8%和4.9%,而在曲线段,天棚半主动控制可使车辆垂向Sperling指标和垂向振动加速度RMS分别降低25.1%和5.7%,使横向Sperling指标和横向振动加速度RMS分别降低15.6%和8.3%,车辆的乘坐舒适性和运行稳定性大幅提升;考虑结构柔性时,车辆的垂向Sperling指标和垂向振动加速度RMS相比于未考虑结构柔性时分别增大了4.3%和6.8%,横向Sperling指标和横向振动加速度RMS分别增大了3.0%和3.4%。可见,车体和构架的结构柔性对车辆的动态特性有较大影响,在对车辆运行稳定性和乘坐舒适性进行计算和评估时不可忽略。      

加速工况下铝合金高速动车组车体服役性能评估

根据EN12663标准中的疲劳载荷要求和车辆运行时启动,匀速运行,制动和出入库的在线实测加速度载荷谱,通过车体的实测应变信息,反求获得车体在线路上运行时的真实载荷谱.结合材料、结构疲劳试验以及无损探伤检测,利用主S-N曲线法疲劳寿命评估平台结合迈纳尔损伤累计法则对车体系统残余寿命和服役性能进行了评估.通过数据分析得危险焊缝部件的设计寿命和抗疲劳性能可满足车体使用30年的标准要求,并验证主S-N曲线进行动车组车体焊接接头疲劳寿命评估方法的可靠性和准确性.     

新型全自动轨道巡检车动力学性能

为准确评估某新型全自动智能轨道巡检车的动力学性能,开展了轨道巡检车动力学数值仿真;轮轨接触采用非椭圆多点接触Kik-Piotrowski算法模拟,车辆系统建模过程中考虑悬挂力元非线性与轮轨接触几何非线性特性等因素,同时考虑车载设备参振影响;针对车轮踏面表面包裹高硬度聚氨酯的特殊结构,利用有限元软件ABAQUS建立了轮轨局部接触模型,采用Mooney-Rivlin橡胶模型模拟了聚氨酯特殊性质,计算了轮轨等效接触刚度;根据有限元计算结果修正了Kik-Piotrowski算法中的相关参数;基于Craig-Bampton模态综合法和多体动力学软件UM建立了车辆-轨道刚柔耦合模型;为验证仿真模型的准确性,开展了实车动力学试验;重点分析了直线和300 m小半径曲线,运行速度10~30 km·h-1工况下巡检车的振动响应。研究结果表明:车辆正常运行时,中间视觉模块垂向最大加速度大于左侧视觉模块垂向最大加速度,横向最大加速度小于左侧视觉模块横向最大加速度,车架最大加速度大于视觉模块最大加速度;车架中部易产生垂向弯曲变形,和视觉模块安装位置有胶垫减振有关;轨道巡检车在直线和300 m小半径区间运行性能整体良好,其中车辆在300 m小半径曲线段内30 km·h-1运行时,轮重减载率最大可达0.92,车架部位振动响应较大,为保证车载设备的安全性和避免车辆脱轨的风险,建议曲线段内检测速度控制在20 km·h-1左右。      

响应时间与冲击率要求对城市轨道交通车辆动力性能影响分析

从城市轨道交通车辆牵引系统响应时间与冲击率要求的角度出发,将几种牵引电机特性曲线设计方法分析比较,找出满足动力性能要求的最优特性曲线设计方法.并在MATLAB中建立车辆动力性能校核模型进行仿真数据验证,为牵引电机牵引制动特性及牵引控制系统、制动控制系统设计提供理论依据.     

地铁B型车车体静强度及模态计算

应用有限元方法及ANSYS软件建立了地铁车辆车体结构有限元分析模型,根据地铁车辆受力分析和危险程度,选择拖车(头车)作为计算、分析对象,确定了有限元模型的计算载荷、常见计算工况和评定标准,计算了车体在整备状态下的车体静强度,分析了整备状态和超常状态下的固有频率和振型。结果表明,地铁车体静强度在常见计算工况下皆能满足相关标准的要求,车体一阶扭转和一阶垂向弯曲自振频率偏低,一般要求车体在整备状态下的自振一阶垂弯频率应大于10 Hz,以避开转向架的点头频率;减小结构质量的同时增大结构刚度,在满足车体强度要求下,可以实现以降低次要的振型频率来提高主要的振型频率的目的,并可进一步地减轻车体质量。     

多柔体车辆耦合系统对动力学性能的影响

研究轨道车辆在运行状态下,刚柔耦合建模方式的车辆系统对动力学性能的影响程度.以某型高速动车组拖车为研究对象,基于SIMPACK多体动力学软件分别建立多刚体车辆模型和由柔性轮对、柔性构架以及柔性车体结构耦合的刚柔耦合车辆模型,通过对两者在不同运行速度和不同运行线路工况仿真计算的结果进行对比,从而评价采用刚柔耦合建模方式对动力学性能方面的影响.结果表明:对比多刚体车辆计算结果,刚柔耦合车辆整体上在稳定性、运行品质和曲线通过性能等指标结果表现较差,尤其在高速运行状态下,刚柔耦合车辆在垂向方向上影响更加剧烈.     

高速动车组空气弹簧故障模式下转向架动态响应

为了模拟高速动车组空气弹簧发生故障后的工作状态,基于气动力学理论与函数拟合方法,建立了空气弹簧系统的三维耦合动力学模型,并将该模型与高速动车组整车动力学模型进行了联合仿真,研究了空气弹簧故障模式下高速动车组转向架的动力学响应.由空气弹簧泄漏过程分析可知,空气弹簧泄漏导致车辆失稳的可能性较小,但会使平稳性下降;车辆的垂向与横向安全性指标峰值分别出现在泄漏面积约为15 mm2和30 mm2处;差压阀在空气弹簧的泄漏中能够有效保障车辆的动力学性能.由车辆曲线通过性分析可知,车辆通过曲线的方向若与空气弹簧的泄漏在同侧,则轮重减载率高出直线工况约20%;差压阀与高度调整阀的失效均会对车辆的动力学性能造成一定程度的影响,但各项指标仍满足安全性要求.      

双层集装箱平车动力学性能仿真分析

对中国首列25t轴重双层集装箱平车运用NUCARS2．3进行了动力学仿真分析，并与线路试验结果进行了对比。结果表明，预测的失稳车速是可靠的，车辆运行平稳性指标及车辆振动加速度的仿真结果和试验结果保持较好的一致性，曲线通过性能指标值比试验的结果偏小。该软件计算出的结果可以总结车辆系统悬挂参数对车辆动力学性能的影响趋势和规律，是可行的。     

车轮型面磨耗对车辆服役性能的影响

针对动车组的1节车辆, 利用WP-D 车轮外形测量仪定期实测每个车轮的外形与轮径, 得到5组车轮型面磨耗工况, 并结合所选车辆的结构参数和运行线路特点, 利用多体动力学软件进行了车辆动力学仿真,分析了车辆在不同磨耗工况下的动力学特性. 仿真结果表明: 为保证车辆400 km/h 以上的临界速度, 车轮等效锥度应不大于0.4; 磨耗车轮的型面下凹深度超过2 mm 时, 车辆运行安全性和曲线通过性能将显著下降, 在最恶劣工况时,平稳性指标增幅达54%, 轮轴横向力增大了100%.     

地铁车辆直线电机恒隙控制仿真

为了研究直线电机悬挂方式对车辆动力学性能的影响,以及通过主动悬挂以减小直线电机气隙变化和轮轨冲击力,建立了基于多体动力学的地铁车辆仿真模型。采用经典电磁场理论建立了直线电机电磁力仿真模型,以及机电作动器驱动的直线电机恒隙控制系统模型。采用数值仿真研究了直线电机恒隙控制方法及其对车辆动力学性能的影响。仿真结果表明:直线电机采用架悬结构并选择大挠度的一系垂向弹簧时,气隙变化主要是由载荷变化引起的,变化频率很低,易实现恒隙控制。恒隙控制可以保证车辆在不同荷载工况下满足气隙要求,降低轮轨垂向作用力10kN左右,减小车体垂向平稳性指标0.1左右。车辆动力学性能较传统直线电机车辆得到改善,并能提供平稳的牵引力。