弹性车轮地铁车辆过曲线性能分析

为研究弹性车轮地铁车辆曲线通过性能的影响,建立刚柔耦合地铁车辆系统动力学模型。以实验测得橡胶径向和轴向刚度,求得弹性模量,通过有限元模态分析,在软件UM中建立考虑弹性车轮为柔性和考虑标准车轮为柔性的刚柔耦合地铁车辆模型。研究弹性车轮柔性对地铁车辆动态曲线通过的安全性及平稳性,对比分析不同工况下考虑弹性车轮结构柔性的刚柔耦合地铁车辆模型和考虑标准车轮结构柔性的刚柔耦合地铁车辆模型动态曲线通过时的动力学响应。通过对脱轨系数、轮轴横向力、轮轨接触角、车体横向振动加速度、车体垂向振动加速度、垂向平稳性、横向平稳性和轴箱横向振动加速度对比分析,得出结论如下：弹性车轮地铁车辆模型的脱轨系数、轮轴横向力、轮轨接触角、轴箱横向振动加速度、车体垂向振动加速度和垂向平稳性较标准柔性车轮均有不同程度的降低。弹性车轮地铁车辆模型的轮重减载率、车体横向振动加速度和横向平稳性较标准柔性车轮均有不同程度的微幅上升。     

刚柔耦合列车半主动悬挂参数自调整模糊控制

为抑制刚柔耦合列车模型车体横向振动,在ANSYS中建立车体有限元模型并将模态中性文件导入ADAMS/Rail,建立考虑车体横向弹性振动的刚柔耦合列车动力学模型,分析弹性振动对车体运行平稳性的影响。提出以车体前后两端横向振动加速度为反馈,采用参数自调整模糊控制对车体前后横向加速度进行双闭环独立控制。联合仿真结果表明,柔性车体的横向振动显著大于刚性车体的横向振动,通过必要的半主动参数自调整模糊控制,有效的降低车体横向振动,获得相比于普通模糊控制更优的控制效果。     

基于磁流变液弹减振器的发动机减振控制研究

磁流变液弹减振器由磁流变阻尼隔振单元和磁流变弹性体隔振单元两部分组成,阻尼和刚度可调。将磁流变液弹减振器用于车辆发动机悬置,引入PID 控制、模糊控制、模糊PID 控制以及天棚控制策略,以降低发动机振动向车体的传递。建立发动机减振动力学模型与天棚控制动力学模型,以发动机激振力与路面不平度作为扰动输入,用MATALAB软件进行仿真。仿真表明,相对于被动悬置,添加控制策略的磁流变液弹减振器有着良好的减振效果。     

超导电动磁悬浮列车次级悬挂半主动控制研究

为了提高超导电动磁悬浮列车的乘坐舒适性,建立了由三辆车体与四台转向架铰接式组成的14自由度超导电动磁悬浮列车垂向-俯仰动力学模型,以轨道随机不平顺时间序列作为激励,本文通过研究车体垂向速度和垂向加速度的耦合作用规律,提出了改进天棚阻尼半主动控制方法。通过建立仿真模型,对比分析了天棚阻尼和改进天棚阻尼两种半主动控制方法应用于超导电动磁悬浮车辆次级悬挂的减振效果。结果表明,在改进天棚阻尼控制作用下,编组车辆中间车体质心处的垂向加速度和俯仰加速度的均方根值相比被动控制分别降低了19.77%和17.34%;在获得相同减振效果的前提下,相较于天棚阻尼半主动控制方法,改进天棚阻尼控制半主动方法作用下输出控制力的峰值减小了12.8%,因此改进天棚阻尼控制方法控制效果更佳,减振效率更高,更适用于车辆振动的控制。     

铁道客车车体弹性振动减振研究

铁道客车高速化和轻量化导致车体产生了严重的垂向弹性振动。为了研究弹性振动的减振方法,在将车体考虑成两端自由等截面欧拉梁的基础上,建立了铁道客车刚柔耦合垂向动力学简化模型。计算了系统各部件的固有模态,并确定了车体弹性振动的计算阶数。进行车体弹性振动幅频特性分析,给出了车辆系统悬挂参数和车体结构参数对弹性振动的影响。提出采用粘弹性约束阻尼层来减小车体的弹性振动。仿真结果表明:弹性车体模型的振动大于刚性车体;车体一阶弯曲振动对弹性振动的贡献最大;为了减小车体的弹性振动,车体垂向弯曲自振频率应该足够大于2倍构架浮沉自振频率,但应小于构架结构振动自振频率。应采用适当的一系、二系垂向阻尼和提高车体结构阻尼来衰减车体弹性振动。约束阻尼处理能够提高车体结构的损耗因子,可以明显地衰减车体弹性振动。     

高速车辆横向减振器模糊天棚半主动控制研究

为了研究减少高速列车运行中车体横向振动,利用ADAMS/Rail与Matlab建立了联合仿真高速列车车辆动力学模型,并利用开关型天棚控制算法和连续型天棚控制算法对高速列车车辆横向减振器进行了半主动控制仿真研究.结果表明：开关型天棚控制算法简单实用,但控制效果逊于连续型天棚控制算法,还有可能发生颤振;连续型天棚控制算法控制效果好,但对系统的实时性和减振器结构的要求较高.针对这2种控制器的优缺点,同样基于上述模型,结合模糊理论和天棚速度阻尼控制,开发了一种新的控制方法,经研究表明,该控制方法具有很好的控制效果,并能弥补上述2种方法的不足.     

车下有源悬吊设备与车体耦合振动研究

通过对我国高速动车组进行线路试验,发现车下有源旋转设备的不平衡质量所引发设备颤振会与车体地板发生耦合振动,影响车辆动力学性能。为研究有源车下设备与车体耦合振动特性,考虑车体的弹性振动,建立车体与车下悬吊设备的刚柔耦合动力学模型,分析有源旋转设备不平衡量对设备和车体振动的影响。结果表明,有源设备在特定频率范围内容易激发车体的低阶模态,随着不平衡量增加,导致车体振动逐渐增大。为减小车下有源设备振动对车辆动力学性能影响,进行有源设备悬挂参数匹配研究,得出最佳悬挂刚度和阻尼;同时提出有源旋转设备的两级隔振方案,研究发现两级隔振方案能够有效降低车体垂向振动,最大可减小约26%。     

基于天棚和地棚混合阻尼的高速车辆横向减振器半主动控制

在研究抑制高速轨道车辆横向振动时,传统天棚阻尼控制方法使车体的横向振动降低的同时,却增加了转向架和轮对的横向振动,这样就导致机车高速运行时脱轨的可能性变大,运行安全性降低。针对上述问题,在Adams/Rial中建立了轨道车辆单节拖车的整车模型,利用Matlab/Simulink工具,结合天棚阻尼控制和地棚阻尼控制特点,研究了混合阻尼控制对高速列车横向振动的抑制作用。结果表明,混合天棚阻尼控制综合考虑了高速车辆运行时的舒适性和安全性,使高速车辆具有更好的综合性能。     

基于Simulink的柔性车体垂向振动特性分析

考虑车体的柔性模态,运用振型叠加法获得车体的垂向振动微分方程,并在MATLAB/Simulink中创建车辆刚柔混合垂向动力学模型,分析车体各阶弹性自振频率、阻尼比及车辆行驶速度对车体垂向振动特性的影响,并基于上述分析提出车辆平稳性共振波长的概念,论证平稳性共振波长是车辆的固有特性,为车辆的设计及线路的维护工作提供参考和评价帮助。     

气动载荷作用下高速列车横向振动虚拟惯性阻尼半主动控制研究

高速列车在会车气动载荷作用下,车体横向振动加剧,传统的基于天棚阻尼原理的半主动控制对此横向振动控制效果并不理想。针对这一问题,利用系统动力学仿真分析软件UM,建立CRH某型高速列车三维模型,分析气动载荷作用下车体横向振动的特征;提出了用工程中的可控阻尼实现阻尼力与加速度成正比而方向相反的虚拟惯性阻尼控制算法,在轨道不平顺及气动载荷激励下对车体横向振动进行半主动控制。结果表明:虚拟惯性阻尼控制方法不仅能抑制轨道不平顺引起的横向振动,还能很好地衰减气动载荷带来的横向振动,提高列车横向平稳性;能对人体头部和内脏较敏感频率范围的横向振动也有较好抑制,提高旅客舒适性。     

基于模态法的高速列车车体关键位置应力谱及寿命评估研究EI北大核心CSCD

基于刚柔耦合理论,建立了考虑车体高频弹性振动的高速列车刚柔耦合动力学模型,利用模态应力恢复法对服役条件下车体关键位置动应力进行了求解。通过扫频激励方法模拟了车辆典型服役模式,识别了典型服役工况下车体动态薄弱位置。进一步研究了车体动态薄弱位置在不同轮轨匹配等效锥度下的特征应力谱。基于京广线线路条件仿真分析了不同轮轨匹配锥度状态下车体关键位置应力谱,并研究了不同应力谱编制方式对车体寿命评估的影响。结果表明:基于扫频激励方法的车体结构动态薄弱位置识别方法,可以有效识别车体结构动态薄弱位置;轮轨匹配等效锥度在镟修周期的动态演变会导致车辆稳定性下降,从而可以显著增大车体关键位置动应力幅值。因此,在车体结构关键位置寿命评估中,考虑轮轨关系动态演变对车辆关键部位应力谱的影响具有至关重要的意义。     

车下设备悬挂参数与车体结构之间的匹配关系研究

本文通过建立等效欧拉梁车体与设备垂向耦合振动模型,研究了车下设备刚性悬挂与弹性悬挂对车体振动的影响。研究结果表明,车下设备采用弹性悬挂的设计方式能够有效抑制车体的弹性振动。为了研究车下设备弹性悬挂参数与车体结构之间的匹配关系,本文基于模态叠加法原理法建立了考虑车体弹性振动和车下设备的高速动车组刚柔耦合动力学模型。通过该三维模型分析了车下设备质量偏心和弹性悬挂参数对车体振动响应的影响规律。仿真结果表明,车下设备横向偏心主要影响车体的横向振动特性,而车下设备纵向偏心主要影响车体的垂向振动特性;当车下设备的悬挂频率接近车体的垂向弯曲频率时能够降低车体的整体振动水平,而当车下设备的悬挂频率低于车体的垂向弯曲频率时,提高车下设备弹性悬挂系统的阻尼能够一定程度上抑制车体的弹性振动。     

车下设备悬挂刚度对车辆平稳性影响

为分析车下设备悬挂刚度对车辆平稳性的影响,通过对某型动车的车体有限元模型进行模态计算,并利用多体动力学软件SIMPACK的接口模块FEMBS建立该动车的刚柔耦合系统动力学模型,研究不同的设备悬挂刚度对车体与设备的耦合振动影响。通过刚性与弹性两种不同的联接方式对的比分析可知,弹性联接方式能够对车体的弯曲振动起到抑制作用,由此大大降低设备对车体振动的影响。刚度优化仿真结果表明：车下设备悬挂刚度的不同对车辆的平稳性指标有着重要的影响。     

中高频激励下轮轨不同建模方法对轮轨动态相互作用的影响

动力学仿真是分析铁道车辆运行时各部件动态响应的主要研究手段之一。联合有限元软件ANSYS和动力学软件SIMPACK软件建立B型地铁车辆-轨道刚柔耦合动力学模型,模型考虑轮对和轨道不同建模方法,研究车轮多边形磨耗激励下不同模型轮轨动态相互作用的差异。结果表明:多刚体动力学模型与仅考虑轮对结构柔性动力学模型有效分析频率较低,仅为0～30 Hz,但计算速度快,建模流程简单;虽然考虑轨道结构柔性的动力学模型和考虑轮对、轨道结构柔性的动力学模型计算速度慢,建模流程相对复杂,但其计算结果更加准确。在分析轮轨中高频激励下的动态响应时,建议采用考虑轨道结构柔性动力学模型和考虑轮对、轨道结构柔性的动力学模型。     

基于刚柔耦合仿真的集装箱车体振动疲劳分析

为了分析结构振动对疲劳寿命的影响程度,提出了一种基于刚柔耦合仿真的振动疲劳分析方法。利用柔性体接口处理技术对策（ITTS）,建立刚柔耦合系统模型,其中,柔性体在动约束作用下能够形成具有相关模态振动特征的弹性振动。应用基于子结构模态综合法（CMS）的动应力恢复方式,进行危险点动应力与模态振动的相关性分析和动应力变化的幅频统计对比,以确定疲劳性质及振动影响程度。结合集装箱平车垂向加速度偏大问题,利用两种柔性车体模型：模态质量和附着质量车体模型,确定了车体在斜楔摩擦粘-滑振动作用下形成了具有2阶垂向弯曲模态振动特征的弹性振动。根据危险点动应力的模态相关性分析和幅频统计对比,集装箱地脚的垂向纵向约束力是造成大幅值循环应力出现的主要原因之一,而结构振动对疲劳寿命的影响程度约为（20-25）%。     

基于等效简化模型的柔性吊装多体系统动力响应分析

针对大型吊装多体系统在回转作业时的刚柔耦合动力学行为,开展了简化模型构建和动态响应分析。利用等效弹簧质量阻尼系统描述吊臂臂头弹性振动,利用空间悬吊系统模拟吊物空间摆动;以浮动坐标系对系统各部件开展运动学描述,基于拉格朗日方程,采用递推列式推导并建立了吊装多体系统的等效简化分析模型,并给出相应数值计算方法。针对某大型轮式起重机开展了仿真分析,通过与实测数据对比分析表明,简化模型能较好地评价柔性吊装多体系统的非线性动力学行为;对柔性臂架振动频谱分析表明,在轻载长绳状态下,吊臂振动幅值受吊物偏摆激励和自身惯性激励的共同影响,但在重载短绳状态下,响应幅值主要取决于吊物偏摆激励,且系统刚柔耦合效应明显增强。     

考虑车架柔性的刚柔耦合汽车平顺性分析

应用有限元对某SUV轿车车架进行模态分析,在此基础上,基于多体动力学理论应用ADAMS/Car软件建立考虑车架柔性的刚柔耦合整车多体动力学模型。对车身质心垂向加速度、悬架动行程和轮胎动位移进行分析,并与多刚体模型的仿真结果进行比较。研究结果表明：考虑车架柔性的刚柔耦合模型的车身垂直加速度功率谱密度比刚体模型降低14.7 %,悬架动行程增大27.1 %,轮胎动行程减小14.8 %;车架柔性对车身主频影响很小,但对车身20 Hz以上振动频谱影响较大。     

集中驱动式纯电动车动力传动系统扭转振动研究

针对电动车存在的动力传动系统扭转振动问题,提出综合考虑控制电机动态特性及传动系统间隙/柔性的机电耦合仿真方法。建立考虑电磁刚度影响的传动系统扭转振动集中质量模型,研究模态特性,并试验验证模型的正确性;考虑齿间侧隙及半轴柔性,搭建传动系统集中-分布质量模型进行动态响应仿真及试验验证;建立、仿真控制电机模型及机电耦合模型,获得转矩波动影响下传动系统扭转振动时频响应。结果表明,所提机电耦合仿真方法能呈现较丰富的动力学现象,有助于进一步揭示电动车传动系统扭转振动特性。     

高速旋转柔性梁刚柔耦合动力学分析

基于一次近似理论对绕纵轴高速旋转的柔性梁进行动力学分析,考虑了轴向与横向振动之间的耦合作用以及由偏心产生的离心力作用;采用Hamilton原理导出了旋转柔性梁在恒定转速下动力学方程,并采用假设模态法对所得动力学方程进行分析,得出恒定转速下柔性梁一次近似模型与零次近似模型动力学响应。二者对比表明柔性梁在低速旋转时刚柔耦合项影响较小,可以忽略,可采用零次近似模型;而在高速旋转时刚柔耦合项影响较大,不可以忽略,应采用一次近似模型以得到较为精确的结果。     

基于刚柔耦合模型的微耕机振动特性分析

针对微耕机作业时振动剧烈、操控舒适性差等缺陷开展研究。以南方丘陵地区常用的某型自走式微耕机为对象,依据结构分析及非作业状态下微耕机振动测试结果,结合多体动力学方法,考虑保险杠、发动机托架和扶手架(手柄)为空间柔性体,建立了基于约束的微耕机刚柔耦合动力学模型,并进行了整机系统动力学仿真。同时,开展了微耕机作业工况下振动特性的土槽测试试验。对比分析结果表明:仿真所得到的该型微耕机典型转速工况下手柄处的振动特性曲线与试验曲线吻合,加速度有效值误差小于5. 4%,频谱成分接近,这说明所建立的微耕机刚柔耦合动力学模型是有效的,运用多体系统刚柔耦合动力学建模理论与有限元相结合的方法研究微耕机整机振动特性是可行的。研究结论对于微耕机振动特性研究有一定的参考价值。