高速列车半主动悬挂可变刚度和阻尼减振器适应性研究

针对中国高速列车运行速度高、运营里程长、轮轨磨耗加剧,被动悬挂式抗蛇行减振器适应性较差,导致转向架抗蛇行稳定性能不足的情况,开展半主动悬挂抗蛇行减振器研究.首先,基于高速列车悬挂系统非线性和轮轨接触非线性特征,建立了高速列车模型、磁流变阻尼器模型、可变刚度和阻尼抗蛇行减振器模型;然后分析了抗蛇行刚度和阻尼参数对新轮轨和...     

二系滞后非线性悬挂高速转向架的稳定性分析

本文选取具有滞后非线性悬挂的高速转向架为目标，建立其数学模型和运动微分方程。应用统计线性化方法将其非线性方程线性化，用常微分方程稳定性理论对转向架蛇行运动进行理论分析，得到防止转向架蛇行运动的充分条件，并研究了转向架设计参数对临界速度的影响，为转向架的设计和参数选取提供依据。     

高速列车可变阻尼抗蛇行减振器适应性研究

针对高速列车运行里程长、运行速度不断提高,线路状况复杂,导致车辆运行性能恶化的情况,开展可变阻尼抗蛇行减振器适应性研究。采用动力学软件SIMPACK建立车辆系统动力学模型,模拟车辆不同运行工况,进行动力学仿真计算,获得车辆在速度变化、线路恶化和不同曲线运行的相关车辆动力学性能指标,分析抗蛇行减振器阻尼参数变化对车辆运行平稳性和安全性的影响。结果表明:通过调整抗蛇行减振器阻尼值,可使高速列车更好地适用于不同运行工况;高速列车采用可变阻尼式抗蛇行减振器,可以更好地保证车辆运行安全性。     

高速列车车轮磨耗引起的轮轨接触非对称问题研究

高速列车在实际运行过程中,由于同一轮对左右车轮磨耗不均会引起轮轨的非对称接触,对车辆的动力学性能影响较大。本文对由于车轮磨耗引起的踏面外形变化对车轮运行的影响进行了的原理进行了简单的阐述,并结合实测的车轮踏面磨耗数据建立某型动车的动力学仿真模型,分析不同磨耗工况下车辆的动力学性能。分析结果表明,随着车轮踏面磨耗的加剧,车辆的稳定性、横向平稳性、脱轨系数、轮轴横向力、摩擦功率和轴箱处的横向加速度均有一定程度的恶化,而且磨耗越严重,恶化趋势越明显。     

高速列车抗蛇行减振器作用机制与频变刚度应用研究EI北大核心CSCD

为了研究高速列车抗蛇行减振器作用机制进而对最优减振器参数选配提供理论指导,分析了减振器的频变特性和最优能量耗散条件,基于两类典型高速列车横向动力学模型对抗蛇行减振器参数进行多目标优化,及整车线性稳定性和模态能量分析,总结了抗蛇行减振器作用机制。得出结论如下:抗蛇行减振器不仅其阻尼对车辆蛇行能量起耗散作用,其刚度特性对车辆横向稳定性的影响更为显著,减振器刚度需随蛇行频率增加而增大;利用车体与转向架蛇行模态能量占比及其牵连作用说明抗蛇行减振器等效刚度作用机制,并根据最优能量耗散理论实现抗蛇行减振器串联刚度与阻尼的匹配。提出了应用频变刚度抗蛇行减振器的思路和结构方案,针对频变刚度曲线进行优化和车辆横向稳定性分析,结果表明,采用频变刚度抗蛇行减振器可显著改善极端轮轨接触状态下车辆横向稳定性,降低高速列车出现低频晃车和高频抖车现象的风险,对实现不同车轮踏面磨耗阶段车辆自适应稳定性起到积极作用。     

高速动车组转向架蛇行状态下的车轮磨耗分析

随着运营里程和速度的不断增大,我国高速动车组车轮磨耗逐渐增大,同时对车辆稳定性造成了一定影响。经过大量的线路试验表明,动车组运营中出现了大量的抖车问题,并且有些线路出现长距离的转向架蛇行失稳状态。针对以上现象,对高速动车组转向架蛇行状态下的车轮磨耗问题进行分析,首先建立某型动车组车辆动力学模型和Jendel车轮磨耗模型,并通过实测数据对动力学模型进行验证;然后分析车辆在转向架蛇行状态下的轮轨接触参数规律,最后对有无激励、不同蛇行幅值、线路参数对于车轮磨耗的影响进行探讨。结果表明：蛇行状态下车轮磨耗出现不同程度的增大,同时蛇行幅值越大,车轮磨耗越大,在长距离蛇行状态运行200 000 km后,可以看出踏面磨耗主要集中在-40～30 mm之间,车轮最大磨耗深度为0.58 mm左右。因此,在动车组服役过程中需要关注车轮蛇行运动稳定性,避免转向架蛇行失稳后造成的车轮磨耗增大现象。     

抗蛇行减振器对高速列车稳定性的影响

建立了考虑卸荷特性、节点刚度和内部油液刚度的抗蛇行减振器分段线性Maxwell模型,分析了节点刚度对抗蛇行减振器动态特性的影响,并采用台架试验进行了模型验证。建立了高速列车拖车非线性动力学模型,并进行仿真分析,发现随着车轮踏面等效锥度的提高,保障高速列车运动稳定性所需要的抗蛇行减振器节点刚度最优值也会逐渐增大。对比分析了多种抗蛇行减振器节点刚度下高速列车的运动稳定性,探究了考虑等效锥度变化的抗蛇行减振器节点刚度选择策略。     

基于MEEMD-HT的高速列车转向架蛇行失稳特征分析

为研究高速列车蛇行失稳时转向架横向、纵向和垂向的时频能特征,针对集合经验模态分解(EEMD)的模态分裂问题,提出一种改进的集合经验模态分解-Hilbert变换(MEEMD-HT)方法,首先对列车速度330~350 km/h时转向架蛇行失稳状态下的横向、纵向和垂向振动信号进行MEEMD分解,再通过HT分析MEEMD-HT能量谱和边际谱,并将MEEMD-HT分析结果与集合经验模态分解-Hilbert变换(EEMD-HT)对比。结果表明:列车蛇行失稳时,横向失稳现象最为明显,频率、能量分布高度集中,振动最为剧烈,纵向、垂向相对次之,但失稳现象显著;同时,MEEMD-HT方法能够体现出信号的时频能细节分布特征,优于传统的EEMD-HT方法。     

1D CNN和LSTM高速列车横向稳定性状态识别研究

高速列车横向稳定性对列车的行车安全有重大影响,针对列车高速运行时出现的小幅蛇行和蛇行失稳问题,提出基于1D CNN和LSTM的识别方法.以高速列车构架横向加速度信号为研究对象,通过1D CNN自适应地对信号进行特征提取,避免手动提取特征的局限性,经1D CNN提取的特征信号作为LSTM的输入,充分利用LSTM学习加速度...     

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.     

基于行车安全性的高铁桥梁横桥向减隔震体系研究

针对目前最常用的32 m跨径高铁简支梁桥,同时考虑对行车安全不利的路桥过渡段和墩高改变处,对高铁桥梁的行车安全性能进行了评价;分析了铅芯橡胶支座、摩擦摆支座等常规减隔震方案在高铁桥梁中运用的可行性.分析结果表明,采用盆式橡胶支座的高铁桥梁在地震作用下轨道变形和轨道横向加速度较大,无法满足高速运行的列车的行车安全性要求;...     

汽车撞击作用下车桥系统的动力响应及高速列车运行安全分析

建立了撞击荷载作用下的高速列车-桥梁系统动力分析模型,将汽车撞击力时程作为系统的撞击荷载,以一座5m×24m连续箱梁桥和ICE3高速列车为例,模拟汽车撞击力作用于桥墩和列车过桥的全过程,分析了车桥梁系统的动力响应,对桥上高速列车的运行安全指标进行了评价。结果表明：汽车撞击使桥梁的动力响应大幅度增加,并对高速列车运行安全有极大的影响。对撞击作用下的桥上高速列车走行安全控制方法进行了探讨,给出了列车速度-撞击力强度安全阈值曲线。     

世界铁路发展状况及其关键力学问题 全国结构工程学术会议特邀报告

论述了世界部分发达国家和我国铁路发展情况、铁路运输的优点及其在经济建设中所发挥的作用。介绍了世界发达国家和我国铁路发展历史和未来轨道交通发展方向。详细讨论了现有铁路运输存在的问题和未来高速铁路亟待解决的关键力学问题。它们主要是:(1)弓网/列车/轨道(桥梁)大系统耦合动力学; (2)车辆结构强度和可靠度问题;(3)轮轨关系(脱轨、粘着、滚动接触疲劳和波浪形磨损、轮轨噪声);(4)高速列车弓网动力学和高速受流条件下摩擦磨损;(5)轨道结构关键力学和严酷环境下轨道工程破坏问题。这些问题直接危及到行车的安全和运行品质.并提出今后解决这些问题的主要方向。     

高速列车车下设备模态匹配研究

建立了整备状态车体有限元模型及包含车体弹性的高速列车车辆刚柔耦合动力学模型,分析了车下设备吊挂方式对车体整备状态模态参数的影响,提出车下设备隔振橡胶件参数设计方法,并研究了整备状态下车体与车下设备悬挂模态参数的匹配关系。结果表明,车下设备采用弹性吊挂时,车体整备状态下的模态频率显著提升;合理设置车下设备隔振悬挂参数可有效降低车体弹性振动,算例中,当橡胶件的静挠度设置为8~9 mm时,设备浮沉频率可与车体垂向一阶弯曲频率避开,侧滚频率可与车体菱形变形模态频率避开,有源设备高频振动减振效果理想,车辆可以获得优良的运行平稳性,同时车下设备自身振动亦不剧烈。     

桥梁风屏障的气动效应及其对高速列车运行安全的影响分析

基于风-车-桥系统动力分析模型,分析了风屏障对车桥系统气动效应及桥上高速行驶车辆运行安全性的影响。以新建兰新铁路百里风区跨度16 m简支槽形梁为工程背景,通过风洞试验测试了有、无风屏障时车辆、桥梁的三分力系数,然后对强侧风作用下车辆通过桥梁时的动力响应进行了数值模拟,综合分析得到了保证列车在桥上运行安全的风速-车速阈值曲线。结果表明,对未设置风屏障的桥梁,当风速超过15 m/s即应限速行驶;而设置风屏障后,桥上车辆的运行安全性指标得到了极大地改善,即使风速达到40 m/s,列车仍可以260 km/h的速度安全运行。     

广义变分原理在高速铁路无缝道岔结构分析中的应用

在继承现有试验成果的基础上,将广义变分原理应用于铁路无缝道岔结构体系的分析,提出了一种新的铁路无缝道岔计算理论。建立了较为完善的计算模型,在假设钢轨纵向位移函数的基础上,计算了无缝道岔结构体系各部分的能量,通过广义变分法建立了结构体系的平衡方程,编制了计算程序,分析了固定辙叉无缝道岔钢轨温度力与位移。为无缝道岔计算理论和设计方法的研究开辟一条新途径。     

考虑研磨子—车轮和轮轨作用的城际动车组车轮磨耗预测

针对站间距短、研磨子频繁作用的城际铁路,建立了集车辆系统动力学、研磨子―车轮接触和车轮磨耗等模型于一体的动车组车轮磨耗预测模型,车轮磨耗采用Archard模型计算,实现了研磨子―车轮和轮轨接触对车轮磨耗贡献的定量预测。以中国南方某城际线路上运行的某型城际动车组为例,模拟了动车组车轮LM廓形在一个车轮镟修周期内的演化,通过对比跟踪测试结果,确定研磨子所致车轮磨耗的磨耗系数取1.45×10⁻⁴,并完成了模型验证。上述城际铁路的模拟结果显示,该模型的车轮磨耗预测误差仅为5.00%。以0.30 MPa工作气压下的高硬度研磨子为例,发现其最佳工作模式为“工作20 s—停止工作25 s”的间歇式工作模式。为动车组研磨子系统的优化设计提供有效模拟工具。     

利用纳米压痕表征高铁车轮微观相的力学性能

为了研究高铁车轮钢微观组织相的力学性能,利用纳米压痕仪对我国现行的CRH5型动车组车轮的微观组织进行纳米压痕测试,结果表明:该车轮钢微观组织相的纳米压痕硬度具有明显的尺寸效应,而弹性模量无明显的尺寸效应;具有不同宏观力学性能的轮辋及轮辐的微观组织的力学性能基本相同,说明宏观力学性能不仅与微观组织力学性能有关,还可能与微观相的晶粒取向等有关。通过本研究得出了该车轮钢中铁素体及珠光体的微观力学性能,有助于高速车轮钢力学性能的改善。