整备状态下的轨道交通车辆车体模态计算分析

推导了多自由度刚体振动系统振动频率和特征向量的解析方法,研究了轨道交通车辆车体设备悬挂方式及其垂向悬挂刚度与车体系统振动频率和车体各阶振幅之间的关系。以某轨道交通车辆车体模态分析为例,对车体模态分析过程中悬挂设备的模拟方法、车体内装和设备的刚度,以及乘客质量对车体一阶垂弯和扭转频率的影响进行了深入分析和试验对比。研究结果表明,设备悬挂方式和悬挂刚度的选择对车体频率有非常显著的影响;与试验相比,考虑设备悬挂刚度、内装和设备自身刚度时对车体主要振动模态有显著提升,应在车体结构设计时予以注意;乘客质量对车体主要振动模态频率几乎没有影响。     

考虑车体弹性效应的铁道客车系统振动分析

建立了铁道客车垂向振动系统数学模型。将车体看成两端自由的均质等截面欧拉梁,并考虑二系悬挂采用半主动减振器,导出客车系统的运动微分方程组,给出客车系统各模态共振速度的定义和计算公式。共振速度是车辆系统的固有属性,车体弹性振动各模态共振速度由车体的自振频率和车辆定距决定。计算车体一阶和二阶弯曲振动共振速度及对应的轨道波长,进行了客车系统在轨道简谐输入情况下的幅频特性分析和随机输入情况下的随机响应分析。通过计算可知,为了减小车体垂向共振峰值,车体一阶弯曲自振频率应尽量离开构架的浮沉自振频率;由于车体弹性振动的影响,车体端部的振动加速度和位移要大于中部,弹性车体模型的平稳性指标大于刚性车体;采用半主动减振器能够显著降低车体的加速度、位移和平稳性指标,但会使构架的加速度和位移有所增大。     

地铁列车振动实测与共振理论分析

为研究地铁列车的竖向振动机理,以南京地铁1号线南延线某区间工程为背景,推导了考虑车钩约束的地铁列车运动方程,对车体的自由振动进行现场测试,得到地铁车辆的自振特性,据此分析其共振条件,并对地铁运行时引起的列车振动进行测试,验证了理论分析结果的正确性。结果表明:车速越高,车辆的载客率越高,桥梁周期性不平顺引起的外荷载输入频率越接近于车辆的卓越自振频率,导致车体共振概率越大;车速较低、车辆的载客率较低时,桥梁周期性不平顺引起的外荷载输入频率越小于车辆的卓越自振频率,导致车体共振概率越小。     

铁道车辆用减振控制系统的开发

介绍与二系悬挂空气弹簧，油压减振器并列设置空压式调节器的减振控制系统，并介绍该系统的试验台试验与现车试验，结果表明：车体横向振动加速度１／２以下，对车体振动的自振频率附近的振动也具有较大控制效果。     

基于压电元件的高速客车车体弹性振动被动控制

为了降低高速客车车体的弹性振动,提出在车体表面进行压电分流阻尼处理的方案.在将车体视为两端自由等截面欧拉梁的基础上,建立铁道客车刚柔耦合系统垂向动力学模型,模型中包含车体结构阻尼和压电元件.通过幅频特性分析确定系统各部件固有模态.选取压电元件,比较分流电路,确定压电陶瓷最佳安装位置,建立压电分流电路数学模型.数值分析显示:车体一阶弯曲自振频率接近人体振动敏感区域,必须首先降低一阶弯曲振动.对于车体一阶弯曲振动的控制,压电元件应该贴附在车体中部.压电分流电路的电感值与电阻值取最优值时,可明显降低车体一阶弯曲振动峰值.     

列车设备的刚性对车体弯曲振动自振频率的影响

电气化列车中车辆车体弯曲振动的初始自振频率是其主要的标准参数之一。该项参数与列车运行的平稳性有很大的关系。在车辆设计阶段,对该项参数进行计算评估可以加快设计文件的编制过程,还可以进一步缩短试验周期。本文研究了借助在设备紧固点和刚性区域配置众多的元件,以简化悬挂设备的各种模拟方法。试验结果表明,用箱子模拟紧固点处带有附属零部件的刚性区域将会出现最精确的频率值。这种模拟方法可以简化和完全相称地考虑到设备的刚性。在设计车体时为了提高其刚性,本文还给出了有关合理配置设备的建议。     

铁道客车系统的垂向减振分析

建立铁道客车垂向振动系统数学模型,计算客车系统幅频特性曲线,根据曲线峰点来确定系统自振频率,给出客车系统自振频率计算的简单近似解析方法和精确数值方法。提出客车系统各刚体振型共振速度的概念和计算公式,得出共振速度只与系统本身的自振频率和结构参数如车辆定距和转向架固定轴距有关。对客车系统在有无动力吸振器情况下的简谐和随机振动进行分析,认为采用吸振器确实能够在一定程度上抑制车体某些频率成分的振动,适当增大吸振器质量、刚度和阻尼,可以达到较好的减振效果。     

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。     

直线地段线路状态与车体横向振动的研究

引起车体横向振动的激振源可分为个别突然性的、周期性的和随机性的三类。通过对直线地段三类激振源对车体横向振动关系的研究,分析出直线地段车体横向振动与道岔单元、钢轨磨耗、不平顺波长、车体减震因数与自振频率的关系,提出控制振动的建议,对帮助现场做好控制具有指导意义。     

全弹性车辆系统的垂向振动响应分析

用有限元法研究弹性车辆垂向振动仿真问题,提出了切合实际的计算模型,采用轨缝的数值模拟作为车辆的外部激励源,详细分析了25T型客车自振频率和轨缝对车辆的振动响应及车体底架动应力变化情况。     

弹性悬挂设备对列车整备车体模态的影响分析

为研究弹性悬挂设备对列车整备车体模态的影响,将车体结构等效为自由梁,建立车体结构的n阶垂弯振动方程,并联合车体结构与设备的刚体振动,建立整备车体的刚柔耦合运动方程。通过求解系统运动方程的特征根问题,得到设备的质量、悬挂频率和悬挂位置对整备车体模态的影响规律。结果显示,当弹性悬挂设备的悬挂频率远小于车体结构1阶垂弯频率时,其质量和位置对整备车体模态影响较小,但当其悬挂频率接近车体结构1阶垂弯频率时,将使整备车体1阶垂弯频率急剧减小,且设备越靠近车体中央位置,减小越明显。     

钢轨动力吸振器对地铁车轨振动的影响分析

基于车轨耦合动力学理论,建立地铁车辆与地铁常用整体道床轨道的耦合动力学模型。对比地铁车辆在加装动力吸振器和未加装钢轨动力吸振器的轨道运行时的车体加速度、轮轨相互作用力、钢轨加速度以及轨道板(道床板)振动加速度等指标,综合分析其对车辆和轨道的影响,对钢轨动力吸振器的应用具有理论指导意义。对比从时域和频域分别进行,结果表明,地铁整体道床轨道在加装钢轨动力吸振器以后,车体垂向加速度受到的影响很微小;轮轨动作用力有减小趋势;钢轨加速度和道床板表面加速度在钢轨pinned-pinned共振频率附近有明显的降低。安装钢轨动力吸振器有利于轨道减振降噪,对轮轨动作用力的降低也有益处。     

芜湖长江大桥常规检定评估试验

为判别芜湖长江大桥当前安全运营状况,2014年对芜湖长江大桥进行了第一次常规检定评估试验。试验对结构应力、挠度、支座位移、索力、横竖向振幅和自振频率等进行了测试。实测结果表明:主桁主要杆件应力、跨中挠度、支座位移等测试结果与2000年成桥试验测试结果基本一致,结构受力正常且处于弹性工作阶段。应力和挠度实测动力系数均较小,振动各项指标(横向振幅、横向自振频率、加速度)均满足《桥检规》相关要求。     

客运专线连续梁拱桥行车动力性能分析

以广深港客运专线上跨度76 m+160 m+76 m连续梁拱桥为研究对象,采用空间有限元分析模型,计算了桥梁的自振特性,详细探讨了横撑刚度和拱肋截面形式对桥梁自振特性的影响,评价了桥梁的动力性能和列车运行安全性与舒适性,为此类桥梁的设计提供参考。     

利用大型动载荷试验评价车辆铝合金车体疲劳强度

介绍了用模拟实际动载荷的大型试验方法来评价城市交通运输车辆铝合金车体疲劳强度的必要性,并对车体的疲劳破坏进行了研究。     

日本高速列车先进技术的近期研究与发展(待续)

全面介绍了日本新干线高速列车和既有线提速列车两大领域技术发展和最新研究进展,着重阐述车辆动力学的研究与技术应用,包括计算机动态仿真、滚动振动试验台、转向架设计、车轮踏面形状、列车空气动力学、主动悬挂、曲线提速及车体倾摆技术与主动导向等。     

基于各向异性材料的全预应力梁自振频率的研究

研究目的：探讨从各向异性材料的角度，对全预应力梁中力筋预应力和自振频率间的相关关系进行分析研究，为进一步开展预应力梁的动测技术研究打下基础。研究方法：将预应力混凝土梁按各向异性复合材料进行理论分析和计算。 研究结果：推导出铁木辛柯型预应力梁的自振频率的计算公式。 研究结论：本文的分析方法和计算公式能比较好地反映梁的自振频率随预应力增加而增加的变化趋势，计算的结果与试验数据吻合较好，前二阶频率的计算具有较高的精度。在进行全预应力混凝土梁自振频率的研究中，将混凝土材料看作各向异性复合材料进行分析是可行的。     

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。     

不同减振垫刚度下板式轨道减振特性研究

板式减振垫轨道能降低列车运营对周围环境的影响,确保城市轨道交通引起的振动满足环保要求,在高等减振设计中普遍采用。基于轮轨耦合作用,建立城轨列车-板式减振垫轨道-下部基础有限元模型,对不同减振垫刚度下板式轨道结构进行模态、谐振分析,并对其减振性能进行研究。研究表明:(1)减振垫轨道结构的固有频率随着减振垫刚度的增大而增大,振型包括轨道板的平动、转动、弯曲和钢轨的侧翻、扭转;(2)钢轨至轨道板的传递损失集中在15~30 d B,而轨道板至基底的传递损失峰值达51 d B;(3)车体加速度、轮轨垂向力、钢轨加速度、基底垂向加速度随着减振垫刚度的增大呈增大趋势,而钢轨位移、轨道板加速度和位移呈减小趋势;(4)板式减振垫轨道在25~100 Hz频段的减振效果较好,特别是1/3倍频程中心频率63 Hz处,插入损失达24 d B;在1~25 Hz频段的减振效果一般,而且局部频段出现振动放大的情况。