气动激扰下车体与悬吊设备耦合振动行为研究

基于Simiu风谱的功率谱密度函数,建立自相关模型(AR模型),模拟随高速列车移动的点的随机脉动风速时程,分析得到随机风作用在高速列车车体上的气动激扰。建立考虑车体弹性振动和多个车下悬吊设备的刚柔耦合动力学模型,分析不同环境风速下气动激扰对车体和悬吊设备振动行为的影响。研究表明,气动激扰对车体和悬吊设备的横向和垂向振动特性明显,随着风速的增大,车体和设备振动加剧,但是对于车体横向振动来说,车辆运行速度低于150 km/h,各风速下的差异不明显;合理选取车下悬吊系统的悬挂参数可以有效地降低车体和设备的振动,当环境平均风速5 m/s时,车体横向采用8 Hz的悬挂频率比1 Hz的降低约26.5%的振动;考虑气动激扰的车下悬吊系统振动行为研究可以更加真实地反映车体和悬吊设备的耦合振动关系,为设计更优异性能的车下悬吊系统提供参考价值。     

车下设备弹性悬挂对高速客车平稳性的影响

为了分析车下设备弹性悬挂参数对高速客车平稳性的影响,通过对CRH3型高速动车组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建立高速动车组单车刚柔耦合系统动力学模型,研究车下设备悬挂参数对车体振动的影响规律。通过对比分析刚性与弹性两种不同的车下设备联接方式,结果表明弹性联接方式能够对车体的弯曲振动起到一定的抑制作用,能够降低车下设备对车体振动的影响。当车下设备的垂向悬挂频率介于8~12Hz之间时,车体中部的垂向平稳性指标值最小,而车下设备垂向悬挂频率的改变对车体前端和后端的平稳性指标影响不大。这表明当车下设备的垂向悬挂频率接近车体的垂向弯曲频率时,只能在一定程度上降低车体中部的垂向振动。同样,车下设备横向悬挂刚度的改变对车体前端和后端的平稳性指标影响也不大,主要影响车体中部的横向平稳性指标,最终优化的车下设备横向悬挂刚度要大于1.2倍的垂向悬挂刚度。车下设备质量越重、离车体中部越近,车体中部的平稳性指标值越小即车辆的平稳性越好。     

动车组车下设备对舒适度的影响分析

为研究车下设备对动车组舒适度的影响,建立考虑车体弹性和多个车下设备的高速动车组垂向动力学模型,实现设备的质量参数、结构参数和悬挂参数等参数化建模,基于频域分析法推导系统加速度频响函数表达式,采用随机轨道不平顺激励功率谱和舒适度滤波函数计算舒适度指标,基于最优同调理论设计设备的最优悬挂频率和阻尼比并进行数值验证。结果表明,车体垂弯频率越高、设备质量越大且越靠近车体中心安装,舒适度指标越小,车辆乘坐舒适性越好,建议将大质量设备(4t及以上)悬挂在距车体中心5m以内;设备质心纵向偏心导致其吊挂点的作用力力臂改变和转动惯量增加,造成舒适度指标略有增加;在优化设备悬挂参数时,可以忽略车体结构阻尼的影响;设备质量越大,最优悬挂频率越低、最优悬挂阻尼比越大,且应当基于加速度响应设计最优悬挂阻尼比,最优同调条件为车体和设备的相位差接近π/2;针对所述车辆,设备最优悬挂频率和阻尼比分别为7Hz和0.2～0.3,车体加速度功率谱中的弹性振动主频得到充分抑制。     

车下设备的连接方式及悬挂参数匹配研究

随着铁道车辆运行速度的提高,复杂的车下设备对车体的振动影响不能忽视.将车体考虑成等截面欧拉梁,建立了车辆刚柔耦合的垂向动力学简化模型,考虑了设备弹性悬挂和刚性悬挂两种连接方式对车体振动的影响.结果显示,弹性悬挂能够有效抑制设备高频振动能量的传递,降低车体的弹性振动.为了讨论车下设备弹性悬挂参数与车体结构振动的匹配关系,详细地分析了不同悬挂刚度和阻尼对车体振动的影响.当刚度设置在合适的范围时,由于车下设备与车体间同向和反向运动,使车下设备的传递率下降,车体的振动降低.同时,提高悬挂阻尼也在一定程度上能够抑制车体的振动.     

车轮磨耗下车下悬吊系统振动特性研究

为研究高速动车组车下悬吊系统在车轮磨耗下的振动特性演变规律,建立考虑车体弹性振动和车下悬吊设备的刚柔耦合动力学模型,分析一个镟轮周期内车轮磨耗对车体和车下悬吊设备振动响应的影响。研究结果表明:车轮磨耗主要影响车下悬吊系统的横向振动,对垂向振动影响较小;在前5万km运营里程下,车体和车下设备的振动特性基本保持不变,随着里程的增加,车体和悬吊设备的振动特性不断恶化,当运营里程达到19.1万km时,车体和悬吊设备的振动加速度幅值达到了新轮下的2倍;车辆运行速度不高于140 km/h时,车轮磨耗对车体和设备的振动影响甚微,随着速度的增加,车轮磨耗对车体和悬吊设备的影响逐渐增大;通过选取合理的横向悬吊刚度可以有效抑制车轮磨耗对悬吊系统的影响,其取值范围在0.7~1.5 MN/m内比较合适。     

悬挂设备隔振频率与刚度优化分析

基于隔振原理,首先给出了系统频率避免共振需要满足的条件;其次,以E3C动车组牵引变压器冷却单元风机组为研究对象,建立了详细的有限元模型,通过对其进行模态分析得到变压器组装的刚体振动频率和冷却单元吊梁的弹性振动频率;然后,按照变压器组装的垂向浮沉振动、风机组的自身工作振动、冷却单元吊梁的垂向弹性振动对组合模型振动的影响依次降低的原则,研究了风机组避免与三种激励发生共振所需的悬挂频率与刚度;最后,通过避开三种激励的主共振区得到最优的风机组悬挂频率和风机组安装座减振橡胶刚度。     

高速动车组车下设备对车体振动传递与模态频率的影响机理研究

提出包含车下设备的高速动车组整备状态车体模态频率数值计算方法,并通过有限元分析及模态试验,验证该方法的准确性。理论研究车下设备对车体振动传递特性的影响,定义车体的名义垂向一阶弯曲模态频率,并结合数值计算、振动传递分析与模态试验分析,分析车下设备悬挂参数对车体模态频率的影响机理。研究表明,采用弹性吊挂的车下设备将与车体形成耦合振动系统,且耦合振动系统在原车体垂向一阶弯曲模态频率附近产生一个新的低频振动分量和一个新的高频振动分量;低频振动振型为车下设备垂向振动与车体垂向一阶弯曲振动同相,高频振动振型为二者反相振动;随着车下设备悬挂刚度的变化,车体的名义垂向一阶弯曲频率将会发生"频率跳变"现象。     

基于最优控制理论的高速列车车下悬吊系统半主动悬挂

针对高速列车服役环境的复杂性,造成车体振动幅值增大和旅客乘坐舒适性降低等问题。基于LQR算法的最优控制理论,提出车下悬吊系统安装半主动悬挂的思路,并建立考虑车体弹性和车下悬吊设备的高速列车垂向耦合振动模型,分析LQR算法的加权系数R对车体减振的影响规律,并对比分析被动悬挂和半主动悬挂的车体振动控制效果。研究结果表明,以降低车体弹性振动为控制目标,减小加权系数R有利于降低车体的弹性振动,而且当加权系数减小至1×10^-5时,车体弹性振动会出现明显的降低,但是不会对车体的刚性振动产生影响;半主动悬挂对车体振动控制的效果与车体弹性振动能量密切相关,车体弹性振动能量越大,半主动悬挂的控制效果越好;当车体出现弹性振动时,半主动悬挂的车体减振效果明显优于被动悬挂,在车体弹性振动最明显的速度级下,半主动悬挂下的车体振动RMS值降低了约一半。通过半主动悬挂对车体减振效果的研究,为工程化应用提供了理论支撑。     

车下设备承载结构疲劳试验载荷谱编制方法*

提出多载荷时间历程的外推方法,给出车下设备承载结构疲劳试验载荷谱编制方法。基于载荷时间历程的雨流计数矩阵,利用二维核密度估计方法(Kernel density estimation, KDE),提出在多载荷时间历程输入条件下的外推方法;应用平均应力修正公式、累积损伤理论和等效损伤准则,根据外推载荷数据,给出疲劳试验程序谱的编制方法;结合动车组车下设备线路测试数据对外推方法进行验证,编制了车下设备承载结构疲劳试验程序谱,并分别使用疲劳试验程序谱和振动测试数据对承载结构进行疲劳强度计算。数据外推结果表明：多载荷时间历程外推方法计算的损伤与实际载荷损伤误差为3.6%,大的扩展倍数下KDE可以给出低周、大幅值载荷;疲劳强度计算结果表明：由于KDE外推产生了大幅值载荷,疲劳试验程序谱计算的损伤比振动测试数据计算的损伤增加了43.8%,所以,在进行疲劳试验载荷谱编制时,需要计算可能出现的大幅值载荷。此研究为其他结构程序载荷谱的编制提供借鉴案例。     

预紧高速角接触球轴承运行刚度研究

基于滚动轴承拟静力学分析理论,从微观的角度探讨定位预紧下轴承内外圈位移存在约束时其内部的动力学状态;以B7004轴承为例,分析预紧方式对角接触球轴承运行刚度的影响,并利用电涡流位移传感器、LMS数据采集分析仪等仪器,在12MD60Y6型号电主轴上进行轴承刚度测试,对理论关系进行验证。结果表明:理论值能准确描述轴承运行刚度变化规律;定位预紧相比定压预紧更能提高轴承的支承刚度。     

汽车动力总成悬置系统刚度优化设计

针对某一款国产汽车动力总成悬置系统解耦率偏低和振动频率分布不均的情况,以各主方向上解耦率最大为优化目标,悬置三个主方向上的刚度为设计变量,在特定的约束下利用确定性优化技术提高其解耦率。对确定性优化结果进行蒙特卡罗模拟,确定性优化结果的稳健性不足。针对稳健性不足的情况,采用6σ稳健性优化方法对确定性优化结果进行稳健性优化,并对结果进行了蒙特卡罗模拟。结果表明,基于质量工程的悬置刚度优化提高了系统的解耦率和稳健性,具有较强的工程价值。     

高速空调客车车内粉尘分布特性的数值模拟

应用计算流体力学的数值方法和离散相模型模拟(DPM)的方法,仿真分析了高速空调列车在运行时滤网对头车内粉尘分布的影响,得出了客室内粉尘分布情况及加装不同参数的滤网后车内粉尘分布的变化情况。计算结果表明:车内粉尘的分布受紊流强度的影响,粉尘在空调送风口及废排风口等紊流强度较大的区域分布较均匀,而在座位下方和车厢边角处等紊流强度小的区域产生堆积;粉尘平均浓度随时间不断增大,900s后逐渐趋于平缓,加装滤网后使浓度显著下降;采取筛分粒径在粉尘分布质量中位径附近的滤网过滤能取得相对较好的过滤效果;其结果可为列车滤网的选取提供参考。     

客车用空气弹簧的刚度特性试验分析

分析了空气弹簧的刚度特性,对某膜式空气弹簧进行了试验,得出了在初始充气压力0.2~0.5 MPa的加载时间与垂向载荷关系曲线、加载时间与内部气压关系曲线及位移与载荷的关系曲线,并进行了比较分析;再通过最小二乘法对不同压力下弹簧有效面积和有效容积随垂向位移变化关系进行拟合,得到了对应的(非)线性多项式,为控制车辆悬架刚度打下了基础。     

基于虚拟试车场的轿车悬架耐久性强化试验仿真研究

汽车产品的耐久性是影响其竞争力的重要因素,同时其开发周期与成本迫切需要在产品概念设计阶段对其耐久性进行控制。针对轿车开发过程中传统悬架耐久性道路强化试验周期长费用高的缺点,以农安试车场各种耐久性强化路面为输入条件,应用虚拟试车场技术(Virtual proving ground,VPG)建立某轿车整车柔性虚拟试车场仿真模型,解决虚拟试车场技术运用中的轮胎模型、橡胶衬套刚度、路面模型和整车模型计算效率等关键技术,分析轿车悬架系统时间历程动应力响应,并与相同工况下的实车耐久性试验结果进行对比,仿真结果与测试结果时域和频域趋势基本一致,验证柔性虚拟试车场技术仿真的悬架系统动应力响应的有效性。在此基础上,实现开发过程中悬架系统耐久性的有效预报。     

高速铁路客车空调负荷的非稳态方法计算

根据高速铁路客车冷负荷特点,采用谐波反应法以非稳态传热的方式计算高速铁路客车的冷负荷,对高速铁路客车和普通铁路客车的车外综合温度波及车体围护结构的传热量进行计算,并对计算结果进行对比.研究结果表明,高速客车如果参照中低速客车空调设计,制冷量设计值偏大;高速铁路客车空调负荷变化不同于中低速客车,应根据实际情况制定其制冷量的调节方案;高速铁路客车在进行轻量化同时要加强车体围护结构保温隔热能力,减小车内温度波动.     

基于链间耦合的并联悬架的刚度优化

针对越野车辆座椅刚度提升问题,提出了利用并联机构作为座椅悬架主体结构的方案。为保证悬架装置具有高精度位姿和高刚度结构,对链间耦合与固有频率进行研究。首先,通过能量法、虚功原理和扰动理论,可以获得机构的广义质量和广义刚度矩阵;其次,弹性耦合和惯性耦合是基于以上两个广义矩阵而定义的两个指标来测量并联机构的耦合程度,通过Cholesky分解法获得机构的固有频率;然后,为了获得较小的弹性耦合、惯性耦合和较大的固有频率,以固有频率作为目标函数来优化悬架装置的结构参数;最终,对优化结果综合分析,获得最优结构参数用于改进装置结构。     

乘用车排气系统挂钩位置的布置

利用Hypermesh作为前处理软件对乘用车排气系统建立有限元模型;然后利用MSC.Nastran软件,根据模态分析理论与平均驱动自由度(ADDOFD)法计算出排气管系统的自由模态,在此基础上,将各阶模态振型加权后求和,得到ADDOFD最小位置点,作为挂钩潜在位置点;最后结合排气系统的实际位置对排气系统的挂钩位置进行优化。     

25T型客车车底架枕梁结构的改进

轨道客车的车底架上需布置各种安装座,现有的车底架结构形式对于安装座的布置和焊接较为困难,精度不易保证.文中针对25T型客车提出两种改进的车底架枕梁结构,能够简化安装座的布置工艺,提高装配效率.重点对第一种改进的枕梁结构进行了有限元应力分析.结果表明:改进后的枕梁结构满足强度要求,此方案具有可操作性.     

某轿车前副车架模态分析与优化

以"某车型前副车架"为研究对象,利用Hyper works 11.0软件对该副车架结构进行了自由模态分析、 全约束模态分析和半刚性约束模态分析,针对分析结果与实际整车下的模态值比较,提出了较为合理的边界约束条件下的模态分析方法,以更加接近副车架在整车下的实际状态值.同时由于该副车架整车实测模态值偏低,与发动机常用转速下...     

汽车悬架系统优化设计的复合遗传算法

:利用虚拟激励算法和复合遗传算法相结合的方法 ,进行汽车悬架系统优化设计研究。通过在半主动汽车悬架系统优化设计中的应用表明该方法正确 ,结果可信