基于姿态变化的列车侧风安全性研究的新方法

针对列车空气动力学与列车系统动力学联合同步仿真的耗时问题,提出一种新的基于Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE)的列车空气动力学与列车系统动力学联合仿真方法。首先,分别建立列车侧风计算流体动力学模型和列车多体系统动力学模型。然后,通过参数传递、求解控制和动态网格的使用实现列车侧风计算流体动力学和列车多体系统动力学的联合仿真,其中列车系统动力学模型不考虑轨道激励,侧风环境下列车以平衡状态逐步逼近最终平衡状态,从而以更快的计算速度得到侧风环境下列车的稳定姿态和该姿态下的气动载荷。最后将此气动载荷加载到列车多体系统动力学模型,并考虑轨道激励,进行动力学分析,评价侧风环境下列车的安全性指标。     

防爆胶轮车动态特性研究

为掌握防爆胶轮车的动态特性,了解其动态应力、应变情况,应用多体系统动力学以及有限元法对其动态特性进行了研究．基于ADAMS建立了胶轮车的虚拟样机模型, 利用多体动力学仿真得到胶轮车在矩形坑路谱下各部件与车架铰接点的动态载荷曲线;基于ANSYS建立了胶轮车车架的有限元模型,并将动力学仿真得到的随机激励峰值加载到典型工况约束下的有限元分析模型,从而计算得到车架的动态应力分布, 并找出了应力集中的位置．动态分析结果可用于评价车架的动载峰值应力、应变,并对车架的轻量化改进设计具有一定的指导意义．     

高速列车运动仿真可视化建模研究

以CRH系列高速列车为研究对象,建立了基于变参数的列车三维动态仿真模型,实现了多种列车单元模型在运动过程中的实时调入和装配,满足了高速列车运动仿真多样性的要求。采用Visual C++6.0、OpenGL三维图形库和Oracle数据库开发完成高速列车运动仿真系统,实现高速列车运动仿真可视化建模以及与线路设计之间的有效集成。通过实际应用,取得了较好的仿真效果。     

基于20-sim的减振器试验台液压系统键合图建模与动态仿真分析

研究了液压系统键合图建模方法.使用20-sim软件,建立了减振器试验台压缩时液压系统的键合图模型,并进行动态仿真,得到系统输出速度和输出压力的动态响应曲线,仿真结果证明了建模方法的可行性与正确性;通过建立系统的Simulink模型进行对比仿真分析,进一步验证仿真结果的可靠性.研究工作为液压系统的动态建模及仿真提供新的思路.     

DMC制动试验系统电惯量补偿控制研究

针对列车综合制动性能试验系统,设计精确的电惯量补偿控制算法。该文在对试验系统机械惯量模拟方式和电惯量补偿控制方式分析基础上,建立三相异步电机矢量控制数学模型及基于动态矩阵的电压预测控制模型,设计列车制动性能试验系统的电惯量补偿动态矩阵控制算法。仿真结果表明:与角减速度控制相比,基于动态矩阵的电惯量补偿预测控制在角减速度控制准确度方面提升2.57%,惯量模拟误差从11.18%减小到0.58%。相对于角减速度控制,基于动态矩阵的电惯量补偿预测控制可克服惯量模拟准确度易受系统响应时滞影响的缺陷,减小惯量模拟波动。     

基于响应面方法的多支柱起落架着陆缓冲性能优化

基于起落架缓冲系统受力分析,在MSC.ADAM S平台上建立了某型飞机多支柱主起虚拟样机模型,在给定的投放质量和下沉速度下分析了该起落架的缓冲系统行程、轮胎垂直力和功量曲线。为降低飞机着陆载荷,选取对缓冲器性能敏感程度较大的参数为优化参数,包括空气腔初始容积、初始充气压力及主油孔面积,以着陆时轮胎最大垂直载荷为优化目标。通过基于正交设计的响应面方法,建立优化变量和优化目标间的数学关系,求解方法为模拟退火法。优化后,对新设计参数进行了虚拟试验验证,结果表明降低着陆总载荷8.3%,明显改善了起落架着陆缓冲性能。     

桥上列车移动荷载参数自动识别系统试验

提出了一种用于列车移动荷载参数自动识别的系统,并制作了等截面简支钢梁和试验列车模型进行试验研究。利用基于图像处理技术的桥梁动态位移采集系统,获取模型桥梁测点位置的动态位移响应,同时利用自行设计的列车模型参数采集系统获取列车模型的移动速度、轮轴个数和轴间距,最后采用桥梁列车多轴移动荷载识别系统识别出列车轴重荷载值。通过对不同移动速度、不同测点个数下列车参数识别效果的分析,验证了本文所述列车移动荷载参数自动识别系统的可行性和准确性,为今后荷载识别系统的实际应用做好准备。     

汽车变速箱齿轮传动系动力学振动特性的研究

文章建立发动机曲柄连杆系统的扭振当量模型,得到飞轮端动态转速波动及扭振角位移作为齿轮传动系主轴输入端的动态激励;采用多体动力学方法建立某五挡手动变速箱齿轮传动系动力学模型,以二档为例,分析了上档齿轮在齿面啮合时变刚度作用下产生的呜呜噪声(Gear Whine)特性,及未上档齿轮在其自由惯量和齿侧隙下产生的咔嗒噪声（Gear Rattle）特性;分析了发动机二档转速范围内齿轮传动轴各处轴承动态载荷的频谱特性;同时,利用实验测量的曲轴系扭振各阶次曲线验证了扭振当量系统模型的正确性,并利用实验表面振动速度法识别了转速范围内变速箱结构的振动速度级,验证了动力学仿真模型中得到的动态啮合冲击载荷的特性。     

PDF策略在变载荷高性能控制系统中的设计及仿真

为了实现非线性变化的变载荷负载系统的高性能控制,通过集成基于MATLAB的PDF（伪微分反馈）控制器模型、PMSM电机驱动及控制模型和基于ADAMS的执行传动机构和负载实体三维模型的方法,建立基于PDF控制策略和变载荷负载特性的控制系统设计和性能仿真模型,实现基于PMSM伺服电机驱动变载荷负载对象的控制系统集成设计和系统异构模型集成仿真．同时,在该系统模型构架基础上,进行PDF控制器设计和仿真验证．通过与传统PID算法的控制仿真结果比较,表明了PDF控制算法在变载荷负载情况下的控制精度、抗干扰能力、鲁棒性等方面的特点及在一定程度上较PID算法的优越性．     

防雷车的相似性设计及验证

针对防雷车设计中周期长以及成本高的问题,提出了将相似性理论应用到防雷车设计中的理念.以实验室设计的一款防雷车为原型,设计制作了原车模型1/10大小的缩比车模型.根据相似性理论,可推导出防雷车原模型和缩比模型在相同位置的爆压相同以及加速度是1:10的关系,并通过仿真和试验进行验证.在不同当量爆轰型地雷的爆轰场下对原模型与缩比模型车体进行仿真分析,以及缩比模型的试验研究.仿真结果表明:缩比车模型和原车模型最大应力大小和出现的位置基本相同,监测点处加速度曲线吻合度较好;试验结果表明:与仿真相同的监测点处,试验加速度曲线与仿真加速度曲线匹配性较好.综上,相似性理论可应用到防雷车的设计中.     

重载列车动力学数值模拟

为研究列车纵向冲击对车辆运行安全性的影响,首先对缓冲器动力学模型进行了修正,并利用单自由度车辆冲击对缓冲器特性予以验证;然后采用联合模型法和混合模型法,计算了车辆通过曲线时紧急制动工况下车辆的轮轨横向力和脱轨系数,并与独立模型进行对比。计算结果表明:修正后的缓冲器动力学模型能较好地模拟缓冲器的特性曲线;车辆通过曲线时制动力产生的纵向冲动,导致车辆的曲线通过性能和列车运行安全性降低,在车辆系统动力学分析中应考虑车钩力的影响;联合模型中由于车钩采取固定偏转角,导致其计算结果偏小;混合模型中的车钩偏转角随列车运行是动态变化的,因此混合模型更接近实际运行工况。     

基于齿轮传动系统横-扭-摆耦合非线性动力学模型的齿廓修形优化设计

基于齿轮传动系统动力学模型的齿廓修形优化设计可真实地反映修形参数对齿轮动态特性的影响。考虑几何偏心、陀螺力矩和齿向偏载力矩,建立了单级齿轮传动系统10自由度横-扭-摆耦合非线性动力学模型。提出了考虑齿轮实际运动状态并可适用于齿廓修形齿轮的啮合刚度模型,并采用解析法计算啮合刚度。为了降低齿轮传动系统的振动和噪声,以减小齿轮传动系统的动载系数为目标,建立了基于齿轮传动系统横-扭-摆耦合非线性动力学模型的齿廓修形优化模型。对某重载车辆齿轮传动系统进行了齿廓修形优化设计,优化结果有效的降低了齿轮的动载荷,可为设计低振动和低噪声的齿轮传动系统提供依据。     

基于影响线的桥梁移动荷载识别

以桥梁不同截面动应变响应为对象,进行移动荷载识别研究。通过寻找应变曲线峰值点识别车辆行驶速度、轴数、轴距,并采用影响线拟合动应变响应的思路识别车辆各轴轴重。结合车-桥耦合振动模拟计算,对桥梁移动荷载识别问题进行数值仿真分析。     

电动车减/差速器振动特性分析及改进

以某纯电动车的减/差速器为研究对象,首先考虑齿轮啮合刚度、传动误差、齿侧间隙和轴承因素,建立了齿轮传动系模型;然后考虑传动轴、差速器壳体以及减速器壳体的柔性,建立了减/差速器系统综合耦合模型,对其进行动态响应仿真分析及试验验证;最后通过轮齿微观修形减小齿轮传递误差波动的幅值,降低壳体表面阶次振动的峰值。结果表明,所建立的综合耦合模型能较好的预测减/差速器系统的振动特性,揭示各个振动阶次产生的原因,轮齿修形可使齿轮副传递误差波动幅值和壳体表面阶次振动峰值分别降低40%和57%,对减/差速器啸叫问题的解决起到一定的积极作用。     

坡道上重载列车纵向冲动研究

针对重载列车实际运用中在复杂纵断面紧急制动时导致列车纵向冲动过大的问题,应用空气制动系统和纵向动力学联合仿真系统,研究重载列车通过坡道时纵向冲动水平,以及坡道上列车制动起始位置、坡道坡度大小和列车制动波速等因素对列车纵向冲动的影响。结果表明列车完全处于同一坡道上坡或下坡制动时与平道时的冲动水平相当。列车在通过平道+上坡或下坡+平道时做紧急制动会产生较大的车钩力压力,1万吨编组列车第40车位于变坡点是最不利的制动起始位置。列车在变坡点的纵向冲动主要受到制动不同步性和坡道坡度两种因素影响,坡道坡度越小,列车的纵向冲动水平越小;提高制动波速能有效减小车钩力。     

分离式公铁双层桥面相互气动干扰及对列车走行性的影响

横向风作用下公铁两用双层桥的上、下桥面间存在相互的气动干扰,为研究公铁两用组合桥间隔高度对列车走行性的影响,针对某分离式公铁两用混凝土箱梁桥,采用计算流体动力学（CFD）数值模拟和风-车-桥耦合振动研究的方法,分析了上、下桥面间隔高度对列车气动特性和车辆动力响应的影响。分析结果表明,公铁两用组合桥间隔高度对列车的气动特性和动力响应影响显著,间隔高度减小,列车升力系数和竖向加速度显著增大,轮重减载率也随之增大。公铁两用组合桥的设计应考虑间隔高度对列车的影响,以选择合理的间隔高度。     

重载铁路路基足尺模型试验研究

以朔黄重载铁路为工程背景,通过构建重载列车模拟加载系统和路基足尺模型,开展路基动力响应试验,分析了在循环加载条件下路基的动力响应特性。试验结果表明,路基中不同深度动应力峰值均随着轴重的增加而增加,轴重越大,动应力的影响深度越大,路基中动应力随深度的增加呈负指数衰减趋势。路肩处动位移峰值随轴重的增加而线性增加。当轴重增加到30 t后,路基达到临界破坏状态,可见按照原朔黄铁路路基建造标准,其最大运行列车轴重约为27 t,如再增加列车轴重,路基需预先采取强化措施。试验结果对建造运行列车模拟加载系统及足尺路基模型具有借鉴参考意义,同时有助于深刻理解列车轴重对路基动力响应特性的影响。     

高速铁路路基模型列车振动荷载模拟

针对高速铁路轨道-路基实尺试验模型提出了列车振动荷载模拟装置,该装置由反力架、作动器及分配梁等组成。参照实尺模型,建立了轨道-路基三维有限元数值模型,以运行速度为350km/h的CRH380型动车组、CRTSⅡ型无砟轨道为研究对象,计算并分析了列车移动荷载加载和作动器加载时路基的竖向动应力和竖向动位移,结果表明采用作动器联动加载可较好地模拟列车动力荷载。为获得动力加载时程曲线,采用数值模型建立相邻车厢的两个相邻转向架经过轨道时扣件点反力时程曲线,结合分配梁体系的传力特性和MTS伺服加载试验机对输入时程曲线的要求,通过对扣件点反力时程曲线进行叠加和傅里叶变换得到了作动器的输入时程曲线。     

高速列车交会时的风致振动研究

摘 要：为了阐明高速列车交会过程中气动力对列车的系统动力学行为的影响,分别建立了CRH-2动车组的简化几何模型和50个自由度的车辆系统动力学模型。采用有限体积法对三维瞬态可压缩雷诺时均Navier-Stokes方程和k-e 两方程湍流模型进行求解,并通过滑移网格技术实现列车的运动,对考虑和不考虑气动力时的列车系统力学响应进行了数值模拟,并对两种情况下列车的安全性和舒适性进行了分析讨论。研究发现：气动力在列车交会过程中变化剧烈,对列车系统动力学行为的影响非常明显,交会时列车振动剧烈,头车和尾车的安全性和舒适性明显降低。     

高速列车振动荷载作用下电缆隧道结构动力响应分析

城市中地下管线铺设较为复杂,城市轨道或者城际高速铁路会修建在地下管线上方。以京津城际轨道交通工程为例,研究高速车辆振动荷载对铺设地下管线的隧道结构产生的动力影响。运用耦合动力学,建立了车辆-轨道耦合系统振动分析模型,计算高速列车通过时车辆-轨道耦合系统的动力响应。结合有限元理论,建立桩板-土体-隧道一体化纵横垂向空间耦合动力仿真模型。将车辆-轨道耦合系统振动分析模型得到的荷载谱,作为外部激励作用在动力仿真模型上,对电缆隧道的动力响应进行研究。计算结果表明,京津城际铁路运营后高速列车振动荷载的动力作用不会对桩板结构下的电缆隧道产生显著的不利影响。