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磨耗轮轨的车辆动力学性能的影响,并针对磨耗轮轨接触提出了半主动悬挂控制策略;最后,对比分析了被动悬挂和半主动悬挂车辆运行性能的差异。结果表明:通过采用半主动悬挂调整抗蛇行减振器的刚度和阻尼参数可大幅改善磨耗轮轨接触的车辆运行性能,保证构架不发生蛇行失稳,与采用被动悬挂抗蛇行减振器的车辆相比,车体横向加速度和构架横向加速度分别降低22.4%和16.0%。     

悬挂参数对出口车辆动力学性能的影响

针对某型带发电机组的出口列车,运用动力学分析软件建立了刚柔耦合车辆动力学仿真模型。并对柴油发电机处于工作状态,车辆在米轨上重载运行时,分析了不同的一系和二系悬挂系统的优选参数对车辆动力学性能的影响。在给定的悬挂参数范围内,结果表明内非线性临界速度随一系垂向刚度增大而增大;随二系垂向刚度增大而出现先增后减的趋势。不同速度下的横向平稳性受垂向阻尼影响较小,垂向平稳性随着二系垂向阻尼增大而降低并逐渐趋于稳定,二系垂向刚度对垂向平稳性影响较为复杂。     

基于天棚和地棚混合阻尼的高速车辆横向减振器半主动控制

在研究抑制高速轨道车辆横向振动时,传统天棚阻尼控制方法使车体的横向振动降低的同时,却增加了转向架和轮对的横向振动,这样就导致机车高速运行时脱轨的可能性变大,运行安全性降低。针对上述问题,在Adams/Rial中建立了轨道车辆单节拖车的整车模型,利用Matlab/Simulink工具,结合天棚阻尼控制和地棚阻尼控制特点,研究了混合阻尼控制对高速列车横向振动的抑制作用。结果表明,混合天棚阻尼控制综合考虑了高速车辆运行时的舒适性和安全性,使高速车辆具有更好的综合性能。     

基于FRBF-SMC方法的变轨距列车悬挂系统控制策略研究

为确保高速变轨距列车在不同轨距线路上运行的平稳性，采用阻尼可调的二系空气弹簧和磁流变阻尼器，并通过半主动控制方法实现阻尼参数的调节。基于分数阶微积分理论搭建1/4车分数阶天棚阻尼控制的滑模参考模型，提出模糊RBF滑模半主动控制方法，并将其用于变轨距转向架垂向空气弹簧和横向MR阻尼器的半主动控制系统。构建高速变轨距列车悬挂系统半主动控制整车联合仿真模型，对不同轨距线路下变轨距车辆的运行平稳性、稳定性、曲线通过性和半主动控制策略的鲁棒性进行分析，验证了整车半主动控制策略的有效性。     

超导电动磁悬浮列车次级悬挂半主动控制研究

为了提高超导电动磁悬浮列车的乘坐舒适性,建立了由三辆车体与四台转向架铰接式组成的14自由度超导电动磁悬浮列车垂向-俯仰动力学模型,以轨道随机不平顺时间序列作为激励,本文通过研究车体垂向速度和垂向加速度的耦合作用规律,提出了改进天棚阻尼半主动控制方法。通过建立仿真模型,对比分析了天棚阻尼和改进天棚阻尼两种半主动控制方法应用于超导电动磁悬浮车辆次级悬挂的减振效果。结果表明,在改进天棚阻尼控制作用下,编组车辆中间车体质心处的垂向加速度和俯仰加速度的均方根值相比被动控制分别降低了19.77%和17.34%;在获得相同减振效果的前提下,相较于天棚阻尼半主动控制方法,改进天棚阻尼控制半主动方法作用下输出控制力的峰值减小了12.8%,因此改进天棚阻尼控制方法控制效果更佳,减振效率更高,更适用于车辆振动的控制。     

基于傅里叶幅值检验扩展法的轨道车辆垂向模型全局灵敏度分析

为筛选明显影响轨道车辆垂向振动特性的设计参数,简化车辆模型参数优化设计过程,采用傅里叶幅值灵敏度检验扩展法对典型轨道车辆垂向模型进行参数灵敏度分析。研究结果表明,二系悬挂与一系悬挂阻尼变化对车体沉浮运动影响较一系悬挂刚度大;调整车辆定距也会影响车体点头运动;模型设计参数间存在微弱的交互作用。所用该研究方法及结论对轨道车辆模型的振动特性研究及参数优化设计具有一定参考价值与工程意义。     

磁流变减振器变阻尼特性对车辆平顺性的影响

对盘形缝隙磁流变减振器阻尼特性进行理论分析和实验研究后,得出该减振器阻尼特性、磁感应强度与活塞运动速度之间的关系式。在不实施控制策略的前提下,利用2自由度悬挂系统分析了磁流变减振器阻尼特性变化对车体垂直振动加速度均方响应和动行程均方响应的影响,指出活塞在高速运动时难以对磁流变减振器进行变阻尼控制的原因,同时得出磁流变减振器阻尼特性随活塞运动而变化的特性对悬挂系统的影响,为其在车辆悬挂系统半主动控制中的实际应用提供了有价值的理论依据和实验结果。     

横风下高速列车流固耦合动力学联合仿真

基于车辆-轨道耦合动力学和空气动力学建立了高速列车流固耦合动力学行为的联合仿真计算方法。通过将车辆-轨道耦合动力学计算程序嵌入流体力学程序中,避免了流体和固体两个求解器之间的数据交换通讯,并且采用耦合迭代步内流固边界条件气动力线性插值的办法,实现了流体和固体两个求解器时间迭代步长的独立选取,提高了计算速度。利用建立的流固耦合计算方法,研究了6级横风环境下列车以350km/h速度运行时的流固耦合动力学行为。比较了离线仿真和联合仿真两种方法下列车气动力与姿态、安全性和舒适性指标的差异。研究表明:列车-气流的流固耦合效应对头车气动力和姿态的影响显著,头车安全性指标有所恶化。     

列车主动悬挂预测控制算法研究

为有效抑制列车车体的振动,针对列车在运行时受到的不确定轨道干扰激励等影响因素,开展一种基于标准正交基函数Laguerre的主动悬挂预测控制算法研究。首先建立列车主动悬挂系统的状态空间模型,再以此作为预测控制模型,结合预测控制中的滚动优化等基本原理,为高速列车连续时域主动悬挂系统设计相应的预测控制器。仿真结果表明:设计的预测控制器能够优化高速列车在运行时的振动主动控制性能,改善列车的乘坐舒适性。     

含有悬挂链结构的新型聚氨酯阻尼材料的研究

在以甲苯二异氰酸酯(TDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、聚四氢呋喃醚二醇(PTMG)、蓖麻油为原料的聚氨酯(PU)弹性体体系中加入了一种新型含有悬挂链结构的二元醇扩链剂,制得新型阻尼材料;论述了硬段及交联剂的种类和配比对PU阻尼性能的影响。结果表明:悬挂链结构二元醇扩链剂的加入,可有效提高PU弹性体在Tg之后的阻尼因子,显著改善其阻尼性能。     

阻尼覆盖面积对船舶约束阻尼板振动特性影响分析

舰艇机械设备振动是舰艇主要振动噪声源之一,利用阻尼板敷设机械设备进行隔振是艇体内部减振降噪主要措施,在某型舰艇约束阻尼板胎架进行模态和阻尼特性进行计算和测试的基础上,研究阻尼板敷盖面积变化对胎架模型振动特性影响,得到不同阻尼板覆盖面积对其振动特性的影响规律.通过数值仿真和试验结果的对比,发现约束阻尼板胎架仿真模型振动特...     

低温环境下高寒列车材料阻尼特性的试验

低温环境下,高速列车阻尼材料阻尼性能大大降低。为此,通过试验研究高寒列车现有四种阻尼材料温变、频变特性。测试温度包括常温、[-]10°C和[-]25°C,分析频率高达850 Hz。通过有限元方法计算无阻尼板件结构的模态频率和振型,并采用力锤敲击系统测试喷涂不同阻尼材料后的四种阻尼复合板件,得到结构模态频率、振型和阻尼比。结合仿真和试验实测振型结果,获得850 Hz内57阶模态阻尼比。对比四种阻尼复合板件结构在三种温度工况下的阻尼比变化规律。结果表明,现车用阻尼材料在常温和中频下具有较好的阻尼效果,随着温度的降低,其阻尼特性变差;而低温阻尼材料在温度达到[-]10°C时阻尼效果最佳;常温阻尼材料在常温条件下中频部分阻尼性能最好;当低温阻尼材料与常温阻尼材料混合使用时,阻尼性能表现为宽温域,宽频带和高阻尼。低温和常温混合阻尼材料更适合高寒列车在不同季节下的运行条件。相关实测数据为高寒列车阻尼材料选材提供依据;同时,试验方法也为阻尼材料性能测试提供参考。     

基于微分几何法的非线性分数阶悬架主动控制

现有主动悬架的研究主要以线性弹簧和线性阻尼组成的悬架系统为研究背景,但油气悬架、空气悬架和磁流变悬架等实际悬架不仅具有非线性特性,而且同时具有黏弹性材料的特点。因此含有非线性刚度和分数阶阻尼的悬架模型能更准确地描述悬架的动力学性能。针对含有三次方非线性刚度及分数阶阻尼的二自由度1/4汽车悬架模型进行研究,利用Oustaloup滤波器算法对悬架系统中的分数阶微分进行近似计算,分别采用PID控制器和基于微分几何理论反馈线性化的LQR控制器对该悬架系统进行主动控制。结果表明,基于PID控制器的主动悬架和基于反馈线性化LQR控制器的主动悬架都能有效提高汽车悬架的舒适性和稳定性,其中反馈线性化LQR主动控制效果明显优于PID控制。     

双链式悬索桥地震反应特征研究

双链式悬索桥采用钢加劲梁和钢筋混凝上索塔,使得阻尼在全桥中呈非经典阻尼耗能特性,导致主坐标系中的运动方程耦联。基于复阻尼理论求解等效粘滞阻尼比,以近似描述非经典阻尼体系的阻尼耗能特性。考虑几何非线性及非经典阻尼因素,对一座双链式悬索桥进行了地震反应谱和时程反应分析。引入主缆形状系数,将单链式悬索桥作为双链式悬索桥的特例,就同跨度同矢高的双链式悬索桥和单链式（普通式）悬索桥地震反应进行对比分析,揭示双链式悬索桥地震反应特征。双链式悬索桥地震反应特征的研究对该类桥设计选型、动力性能评估及抗震加固设计都有重要的工程意义     

一种新的汽车液力减振器阻力特性模拟模型

减振器是汽车悬架系统最为关键的零部件之一。用计算机精确地模拟减振器的阻力持性不仅可有效地预测汽车行使平顺性和操作稳定性，同时可大大缩短汽车设计调试周期与费用。本文利用粘性流体力学知识对汽车双简液力减振器内部流体特性进行离散分析和数值计算，并揉合润滑理论的粘—压—温特性概念，建立了一种全新的汽车双简液力减振器阻力特性计算模型，全面考虑了减振器各种参数对减振器阻力特性的影响，为实现汽车悬架系统的主动控制及开发新品种减振器提供理论依据。     

磁性液体阻尼减振器的实验研究

针对要求结构紧凑和能量耗散较小的场合,提出一种新的磁性液体阻尼减振器。这种减振器利用了磁性液体的独特性质,依靠液体的粘性阻尼耗散能量,是一种新型的吸振装置。利用基于弹性悬臂梁的减振实验,研究多种实验参数对这种减振器加于悬臂梁后减振效果的影响。实验结果表明,磁性液体阻尼减振器在实验中所有频率上对悬臂梁的振动都具有减振作用,而且同一减振器在小于1Hz的振动频率范围内减振效果最好;实验中同种结构参数的减振器当使用饱和磁化强度为27.01kA/m的磁性液体时达到了最好的减振效果;此外,磁性液体阻尼减振器对弹性悬臂梁的减振作用分别随着其中永磁体半径和永磁体孔半径的增大而增大,而且永磁体与外壳间有一最佳间隙,使其在其它参数相同时对悬臂梁的减振作用达到最大。     

单磁铁悬浮控制系统反馈参数动力学特性分析

单磁铁悬浮系统是磁浮列车最简单,最基本的研究单元。为研究悬浮控制系统反馈系数对磁浮列车稳定性的影响,建立单磁铁-轨道-悬浮系统参考模型,推导单磁铁-导轨的动力学方程,引入状态反馈控制规律,推导出反馈控制规律中的各反馈系数对悬浮系统的物理意义,与普通二次振动模型相比发现,改变间隙反馈系数相当于改变悬浮刚度,速度反馈系数的改变相当于改变悬浮系统的阻尼,改变加速度反馈系数相当于改变悬浮系统的质量。最后从数学的角度设计单磁铁悬浮系统状态观测器,研究发现对于轨道不同频率的不平顺,观测器的反应有所不同,对于高频激扰,悬浮系统能够达到平衡状态,受高频激扰的影响较小,而对于低频激扰来说,悬浮系统会跟随激扰发生振动。     

基于车身模态和板块贡献分析的阻尼优化降噪方法研究

车身结构上的阻尼材料优化布置对车内振动和噪声控制有重要的意义。以某实车的白车身为研究对象,基于有限元法和边界元法对车内声腔进行声场分析和车身板块进行声学贡献量分析,找出车内场点噪声声压峰值频率及对应的贡献量较大的板块。进而基于白车身模态振型分析,对车身部件上的局部约束阻尼的敷设位置进行优化配置。分析了阻尼优化布置前后分别在悬置、前悬架和后悬架等不同位置处激励下的车内噪声,确认了降噪优化方案的有效性,并在实车上进行了验证。结果表明,对车身相关板块进行局部阻尼处理后,降低车内噪声2 d B(A),证明了该方法的有效性。     

高阻尼材料的研究进展

介绍了阻尼的基本概念,评述了常见的高阻尼机理以及高阻尼材料的主要研究热点,列举了几类常见的高阻尼材料,分析了其特点,并指出其阻尼性能的影响因素.提出该领域今后的主要研究方向是发现新的阻尼机理,开发具有优异性能的新型高阻尼材料.