中心刚体-柔性梁刚柔耦合动力学模型降阶研究

有限单元法被广泛的采用来描述柔性体的弹性变形,然而有限元节点坐标数目庞大,将会给动力学方程求解带来巨大的计算负担.如何降低柔性体的自由度,是当前柔性多体系统动力学研究的一个重要命题.本文以中心刚体-柔性梁系统为例,采用Krylov方法和模态方法进行降价.然后分别采用有限元全模型、Krylov降阶模型和模态降阶模型,对中心刚体-柔性梁进行刚-柔耦合动力学仿真.仿真结果表明,与采用模态降阶方法相比,采用Krylov模型降阶方法只需要较低的自由度,就可以得到与采用有限元方法完全一致的结果.说明Krylov模型降阶方法能够有效的用于柔性多体系统的模型降价研究.     

基于柔性轮对的轨道车辆动力学仿真分析

为研究柔性轮对对轨道车辆动力学性能的影响,应用ANSYS创建轮对实体有限元分析模型,并选用Guyan缩减法和Lanczos分块法对其进行子结构模态分析.联合SIMPACK创建柔性轮对车辆仿真模型,此模型的构架、车体等部件仍视作刚性体.与刚体车辆仿真模型对比分析出在中国高铁谱和美国六级谱激励作用下两模型的动力学性能的差异.分析结果表明:轮对采用柔性体的车辆非线性临界速度较全刚体车辆的非线性临界速度稍稍降低.在两激励线路下,轮对采用柔性体对车辆的平稳性和曲线通过性能也有一定程度的影响.     

上海A型地铁车辆弹性车体与转向架耦合振动分析

基于上海A型地铁车辆弹性车体有限元模型,建立弹性车体的刚柔耦合动力学模型,用其研究车体垂向弹性对运行平稳性的影响,分析弹性车体与转向架的耦合振动,探究车体弹性共振的机理.结果表明,在车体刚度低的情况下,该型地铁车辆车体弹性对车辆运行平稳性影响较大;车体的弹性共振并非由车体与转向架耦合振动引起,在车辆悬挂及车体的设计过程中应当考虑几何滤波现象引发车体弹性共振对车辆平稳性的影响。     

基于Lagrange法的刚体与柔体动力学对比研究

对于机器人、航天器和车辆悬架部件等一些多体系统来说,其中一些部件的大尺寸、轻型化趋势使得传统的刚性体建模已经难以准确地模拟实际的工况,将部件所具有的柔性特性加入到多体系统模型中进行柔体动力学仿真,由于考虑了部件弹性变形与大范围刚性运动之间的耦合,故可以得到部件更为真实的动力学行为.文中通过与基于Lagrange法的刚体动力学基本方程进行对比研究,详细说明了柔体动力学方程中上述的耦合作用.以某大型雷达可展开天线为例,分别在刚体和柔体的假设下对其展开运动进行动力学仿真,结果表明采用柔性体仿真更能真实反映其动力学特性.     

轴箱内置与外置直线电机地铁车辆曲线通过性能对比

为比较轴箱内置与外置直线电机地铁车辆的曲线通过性能,建立直线电机地铁车辆-无砟轨道耦合动力学模型.模型将直线电机定子和转子考虑为Euler梁,将定子与转子之间的垂向电磁力作为气隙的函数,将轨道系统简化为梁-三维实体有限元模型.详细比较轴箱内置与外置直线电机车辆曲线通过时的轮对冲角、轮轨横向力、脱轨因数、运行平稳性和车轮磨耗指数.结果表明:在不同的曲线半径和行车速度以及车轮踏面周向存在非均匀磨耗的状态下,轴箱内置直线电机车辆的曲线通过性能均优于轴箱外置车辆;随着曲线半径增加,轴箱外置直线电机车辆动力学性能迅速减小,而轴箱内置式车辆缓慢减小.     

哑铃型航天器刚-柔耦合动力学建模与仿真分析

为满足深空探测的需求,需要构建一种全新的哑铃型航天器.由于构型和质量分布的差异,传统"中心刚体+柔性附件"动力学模型将不再适用,因此必须针对该构型建立一种高效准确的动力学模型.本文基于小变形假设,利用浮动坐标法,采用多体系统动力学单向递推组集方法,建立了哑铃型航天器的刚-柔耦合动力学模型.该模型考虑了哑铃型航天器的轨道-姿态-变形之间的耦合效应,保留了全部变形高次耦合项.通过采用本文方法建立的"刚体-桁架-刚体"模型和已有的两种哑铃型航天器模型,对典型算例进行动力学仿真和比较.仿真结果表明,本文模型很好地反映了哑铃型航天器的刚-柔耦合动力学特性,末端物体的转动惯量将会影响系统的动力学响应,不能简单忽略.本研究将为哑铃型航天器的总体设计,特别是控制规律的设计,提供重要的技术支持.     

柔性轮对结构振动对车辆动力学性能的影响

为研究轮对柔性对车辆动力学的影响,建立高速列车轮对的有限元模型,对轮对进行自由模态分析.通过模态综合法获取柔性轮对模态信息,应用多体系统动力学理论建立柔性轮对-刚性轨道接触力学模型;建立包含高速旋转柔性轮对的车辆-轨道耦合动力学模型,研究高速列车在直线和曲线通过时轮对结构振动对车辆动力学性能的影响.结果表明:轮对的结构振动对轮轨接触点位置、蠕滑率、蠕滑力和脱轨因数等均产生较明显的影响,但是对轮重减载率影响较小,因此应采用更加精确的柔性轮轨耦合模型研究轮轨相互作用、轮轨滚动接触疲劳和轮轨噪声等.     

轨道车辆故障诊断算法参数优选和故障监测部位确定

转向架作为轨道车辆的重要部件,其弹性部件与阻尼部件的安全对车辆的安全有着重要影响。对轨道车辆转向架的故障种类、故障状态以及故障诊断方法中参数的选择进行了研究。对车辆的故障产生后果和现实情况进行了分析。为实现转向架故障诊断算法的输入参数优选和对应故障敏感部位的确定,提出P指标进行评判。利用matlab对车体、转向架以及转向架与轮对之间的弹性部件和阻尼部件建模,建立轨道车辆一系悬挂、二系悬挂的故障模型以及部件性能衰退的故障模型。用P作为评价故障前后统计参数改变程度的指标。实现车辆故障诊断算法输入参数的优选和对应故障敏感部位的确定。经过仿真实验可以利用指标P对故障诊断算法的参数输入做出优选,对故障的监测部位有明确定位。     

不同线路条件对车辆动力学性能的影响

为探查不同曲线半径和线路激励对车辆动力学性能的影响,应用动力学方法建立车辆-轨道系统动力学模型,计算各动力学评价指标的变化情况.研究结果表明:增加曲线半径有利于增加车辆通过曲线的安全性;车辆经过曲线线路连接处时脱轨概率较大,可重点考虑曲线线路连接位置车辆的运行状态;适当增大曲线半径可以减少轮轨间磨耗,有效降低车轮与轨道的磨耗速度;轨道激励变化对车辆临界速度的影响较大,可根据实际运行工况计算最佳临界速度范围.     

一系定位刚度对转向架群配置高速货运动车组车辆动力学性能影响研究

为了提高我国铁路对大型、重型、贵重货物的快捷高效运输能力,中车唐山机车车辆有限公司研发了转向架群配置的高速货运动车组.基于多体系统动力学理论,建立了转向架群配置的高速货运动车组车辆系统动力学模型,确定了转向架群配置高速货运动车组车辆的非线性临界速度,研究了一系定位刚度对车辆运行非线性临界速度的影响;同时,利用建立的模型研究了一系定位刚度对车辆运行安全性指标以及平稳性指标的影响.研究结果表明,非线性临界速度随着一系纵向定位刚度的增加先增大后减小,而随着一系横向定位刚度的增加整体呈现减小趋势;车辆横向运行平稳性指标随着一系纵向定位刚度的增加有所增加,而垂向平稳性指标基本保持不变;一系横向定位刚度对车辆运行平稳性指标影响不明显.     

履带动态张紧力的动力学仿真

履带车辆的履带动态张紧力在很大程度上决定行动部分各元件的载荷、履带寿命、功率损失和履带脱落的概率.该文用多体动力学软件RecurDyn,以某履带车辆为原形建立履带车辆的多刚体模型,并建立有效的不同等级的路面模型.模型中履带子系统有六个自由度,能够真实的模拟履带运动的实际情况.通过对车体上几个固定位置处履带张紧力的变化和履带上参考履带板的受力变化,来检测履带动态张紧力的变化.分别改变路面、速度、预张紧力等相关影响因素做多组计算,对比分析了履带动态张紧力的变化情况.     

便携式车身动态姿态检测系统的设计

为实时掌握汽车在行驶过程中的车身姿态,检测其动态性能,设计了以单片机为控制核心的便携式车身动态姿态检测系统.陀螺仪传感器将采集的汽车三维角速度信号传递给A/D转换器,经过软件系统进行A/D转换和积分处理,在LCD显示器上显示车身在不同时刻的俯仰角、侧倾角和横摆角等动态参数,并进行存储.测试结果表明,该车身动态姿态检测系统工作稳定可靠,满足使用要求.     

基于单片机与LabVIEW的自动泊车系统设计与实现

为解决狭小空间内的停车问题,采用与实际车辆运动规律类似的汽车模型作为研究对象,设计了一种基于STC89C52单片机与LabVIEW的自动泊车系统;依据车身大小以及车辆运动规律计算满足泊车条件的最小区域;通过RCWL-1601超声波传感器以及霍尔编码器测量车辆与侧方障碍物的距离以及车辆行驶距离,从而搜索满足泊车条件的车位;利用舵机控制车辆前轮转向并通过直流减速电机提供后轮驱动,通过预先设定的程序指令控制车辆完成自动泊车入位;车辆行驶数据经无线WIFI模块发送至上位机,并利用LabVIEW软件实现车位轮廓、倒车轨迹以及车速实时显示;实验结果表明,该系统可搜索到符合条件的停车区域,并完成车辆的自动泊车入位,具有较强的稳定性和可靠性。     

Dynamic modeling and fuzzy logic control of vibrations of a railway vehicle for different track irregularities

Safe and comfortable transportation of passengers and goods on railways can be achieved by solving the vibration problem. In this study, the dynamic modeling of the full railway vehicle is used to perform vibration analysis in order to observe displacements and accelerations. The full railway vehicle model consists of 54 degrees of freedom which are defined by differential equations. Additionally, wheel–rail contact problem (i.e. creepage factors and hertzian spring stiffness of rails) is analyzed by finite element method. Dynamic modeling and vibration analysis are carried out using Matlab–Simulink software. Using the developed model, the car body vibrations, caused by a lateral and two vertical sinusoidal track irregularities, are controlled by fuzzy logic controllers placed between the car body and bogies. The fuzzy logic algorithm herein is used for realizing the active control of car body vibrations. The simulations of vibration analysis are obtained in time and frequency domains and compared with passive controlled status. The robustness of the designed controller is verified by simulations, carried out for the cases of car body mass variations. The results show the effectiveness of the proposed algorithm.     

基于车辆响应计算的地铁轨道平顺状态评价

针对目前轨道检测数据以幅值超限统计的方式评价轨道平顺状态而未考虑轮轨关系及车辆实际响应的问题, 提出一种基于车辆响应计算的地铁轨道平顺状态评价方法。该方法引入随机振动虚拟激励法对车辆动力学模型的响应谱进行计算, 再由响应谱计算得到平稳性指标, 指出在车辆动力学参数稳定状态下, 平稳性指标可用于对轨道平顺状态的判定。不同车速下高级别轨道谱的平稳性指标均优于低级别轨道谱, 结果表明该方法可对轨道的整体状态进行量化评价。该算法可用于深入分析轨检数据, 并为轨道状态评价提供新的思路。     

投票表决算法在高帧频图像处理中的应用

针对目前高帧频图像处理方法中软件速度慢、实时性差、专用硬件开发周期长、灵活性差等缺陷,开发完成了基于FPGA的高帧频图像硬件实时处理系统。该系统采用投票表决算法,压缩了存储和处理的数据量,充分发挥FPGA器件的并行特性,使图像采集与图像处理并行完成,提高了图像处理速度。系统已成功应用于高速轨道检测车的钢轨断面图像实时动态处理和分析。     

夜晚车辆异常事件分析

夜晚车道模型是车辆跟踪和车辆行为分析的基础,但是当高速公路或者城市道路光线较暗时,很难通过车道检测的方法来建立车道模型,夜晚车辆快速行驶或相邻帧车辆之间重叠度较低时无法实现准确跟踪。针对此类问题提出了一种基于学习的车道模型建立方法和基于多帧的最佳匹配跟踪方法。首先利用自动多阈值分割方法提取场景中光亮的目标;其次,利用车灯的相关特征移除非车灯光亮区域;接着,利用空间信息把车灯聚类成一个车辆目标,利用多帧的最佳匹配跟踪方法进行跟踪;最后利用车辆跟踪参数与车道模型的融合对夜晚车辆异常事件进行分析。实验结果表明,该算法能够准确地检测出夜晚车辆换道、逆向行驶、交通拥挤、停车等异常事件,并且有很强的鲁棒性。     

混合动力轿车的建模与仿真

该文介绍了应用电动汽车仿真软件ADVISOR 2 0 0 2对国内一汽车企业的混合动力轿车样车进行建模与仿真的研究工作。待仿真的轿车与日本本田公司的混合动力轿车Insight的动力系统结构相同 ,因此作者采用在ADVISOR中的Insight模型的基础上 ,修改其设备参数 ,重新设计其控制策略模块的模型的技术方案来进行仿真工作 ,最后给出了混合动力轿车的整车性能和工作过程的仿真结果。该研究可以帮助确定混合动力轿车动力系统的配置方案 ,为企业设计混合动力轿车提供参考。     

Chain Vibration and Dynamic Stress in Three-Dimensional Multibody Tracked Vehicles

A three-dimensional computational finite element procedure for the vibration and dynamic stress analysis of the track link chains of off-road vehicles is presented in this paper. The numerical procedure developed in this investigation integrates classical constrained multibody dynamics methods with finite element capabilities. The nonlinear equations of motion of the three-dimensional tracked vehicle model in which the track link s are considered flexible bodies, are obtained using the floating frame of reference formulation. Three-dimensional contact force models are used to describe the interaction of the track chain links with the vehicle components and the ground. The dynamic equations of motion are first presented in terms of a coupled set of reference and elastic coordinates of the track links. Assuming that the structural flexibility of the track links does not have a significant effect on their overall rigid body motion as well as the vehicle dynamics, a partially linearized set of differential equations of motion of the track links is obtained. The equations associated with the rigid body motion are used to predict the generalized contact, inertia, and constraint forces associated with the deformation degrees of freedom of the track links. These forces are introduced to the track link flexibility equations which are used to calculate the deformations of the links resulting from the vehicle motion. A detailed three-dimensional finite element model of the track link is developed and utilized to predict the natural frequencies and mode shapes. The terms that represent the rigid body inertia, centrifugal and Coriolis forces in the equations of motion associated with the elastic coordinates of the track link are described in detail. A computational procedure for determining the generalized constraint forces associated with the elastic coordinates of the deformable chain links is presented. The finite element model is then used to determine the deformations of the track links resulting from the contact, inertia, and constraint forces. The results of the dynamic stress analysis of the track links are presented and the differences between these results and the results obtained by using the static stress analysis are demonstrated.