复合材料磁悬浮列车车体结构数值模拟(Ⅱ)——车体结构性能数值模拟试验

以参数化磁悬浮列车车体有限元模型为基础，在各种载荷和边界条件下开展数值模拟试验，研究各种运营环境中车体结构的静力学和动力学性能。在Siemens NX中完成车体在各种典型载荷工况下的结构静力学和动力学性能模拟试验，包括车体结构载荷变形、车体主要连接部件结构力学性能、车体频率及振型、车体结构线性屈曲性能，以及车体动力响应性能等。数值模拟结果认为给定的复合材料磁悬浮列车车体设计可行，同时验证参数化车体有限元模型的有效性。     

复合材料磁悬浮列车车体结构数值模拟(III)——车体结构性能的参数化数值模拟

在磁悬浮列车车体参数化数值模型的基础上,开展参数变化对车体结构性能影响的数值试验,研究复合材料梁截面几何参数对车体刚度和频率的影响。在典型荷载工况下,研究关键设计参数对车体结构性能、结构部件连接模型的力学性能、车体频率和振型、车体结构线性屈曲性能的影响,确定关键设计参数对复合材料车体结构性能的影响趋势,为车体优化设计奠定基础,验证将参数化车体数值模型作为车体结构性能研究的有效性。     

气动载荷对高速列车车体疲劳强度的影响

随着列车运行速度的提高,气动载荷对强度的影响越来越显著。为加强列车气动载荷强度,根据高速列车在线路运行实际情况设置了四种气动载荷工况:明线会车,隧道通过,隧道会车和侧风。利用空气动力学原理计算得到四种气动载荷工况的数值,将得到的数值施加到高速列车车体有限元模型上,进行气动载荷的静强度和瞬态响应分析。计算分析结果表明,四种工况下的静强度结果都小于车体材料的允许用的应力,最大位移变形均发生在车体底部;利用Fluent软件仿真获得列车在空旷地带以380km/h速度交会的气动载荷时间历程,接着在ANSYS软件中对车体完成气动载荷瞬态响应分析,得到气动载荷对车体结构强度的影响,为车体强度优化设计提供了参考。     

高速列车复合材料地板振动性能分析

为分析不同复合材料高速列车地板减振性能的差异,对其进行力学性能测试,分别采用多层叠混合模型及单层模型计算复合结构材料的等效参数并验证.建立包含内装地板的高速列车车体有限元模型;基于实车线路测试结果,以车体底架振动加速度信号作为地板瞬态响应激励,计算复合地板材料结构的瞬态振动响应及振动传递率,得到不同复合材料地板的振动特性.研究结果表明：桦木芯材优于桤木芯材;外层面板厚度的增加使得地板的减振性能增强,但过大会导致减振性能下降;不锈钢面板比铝合金面板地板结构固有频率低且质量较大,不利于车体轻量化设计.     

机车车体钢结构减重优化设计方法研究

从设计与仿真计算层面,对机车车体钢结构优化减重设计问题进行分析。通过对ANSYS的APDL语言编程控制与二次开发,在满足强度和刚度条件的前提下,以车体各主要部件的钢板厚度为设计变量,以车体结构的重量为目标,实现减重优化程序模块化和主要板厚参数自动优化功能,有效地解决了传统减重设计的诸多问题。该方法在多项机车设计上得到运用和验证,减重幅度和效率提升方面均取得了很好的效果,对所有机车车体结构减重具有普遍的参考意义。     

自然场景下基于部分模型的车体检测

为检测车体位置和分类车辆的类型,运用一种可重构模型来实现车体的检测。使用由一个表示整个模型的低分辨率模板和多个表示各个部分的高分辨率模板组成的模型完成自然场景下车体的检测,为得到该模型的最优配置,提出一种部分模型划分算法确定构成模型的模板的位置和大小,有效提高检测的召回率,通过支持向量机算法得到各个模板的最优参数配置。在检测算法中提出目标融合算法,避免多次检测到同一目标。实验结果表明,对比PBT(part basis template model)的方法,该方法改善了检测召回率和分类准确率。     

HSWAP:适用于高性能计算环境的数值模拟工作流管理平台

针对高性能计算（HPC）环境中的"建模、计算、分析、优化"一体化应用构建的问题，设计了支持数值模拟软件封装和数值模拟工作流交互设计的数值模拟工作流管理平台——HSWAP。首先，基于对数值模拟活动的运行特征共性建模构建组件模型；然后，利用工作流表达数值模拟活动间的控制、数据依赖关系，建立形式化的数值模拟工作流模型，所形成的工作流模型可在平台中自动解析并适配高性能计算资源，从而实现批量关联数值模拟任务的自动生成与调度，为领域用户屏蔽高性能计算资源的使用细节。平台提供Web Portal服务，支持图形数值模拟程序的交互界面推送。目前该平台已在超算中心实际生产环境得到部署应用，可在2人月内完成包含10个以下数值模拟软件、20个以内计算任务节点的数值模拟工作流的集成。     

高速列车车体结构振动特性分析

为验证某高速列车车下吊挂系统模态与车体模态的匹配关系,以及不同轮轨载荷下振动热点区域的幅频响应特性,用HyperMesh建立车体有限元模型,利用Radioss对模型进行模态、频率响应和谐响应分析,得到整车模态参数和车体各测点的响应变化曲线.结果表明,吊挂设备采用弹性悬挂可大幅增加整备状态下垂向弯曲频率;该车空调平顶处局部刚度大幅下降,吊挂设备的垂向激励频率应该避开24 Hz及其倍频;吊挂设备不宜直接吊挂在地板上.     

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。     

长春地铁车体制造技术

长春地铁是某公司为适应东北地区气候环境,而最新设计的城市轨道车辆。该车型的车体结构为钢铝混合结构,该结构技术要求高,制造难度大。经过长期试验,终于摸索出了一套车体制造技术,使得该车型车体顺利生产出来。     

基于UM的磁浮列车-轨道梁耦合振动仿真程序开发

基于大型通用多体动力学仿真分析平台Universal Mechanism(UM),开发用于磁浮列车 轨道梁耦合振动仿真的专用程序UM Maglev,其中：磁浮列车设置为多刚体模型,弹簧和阻尼器的刚度和阻尼视为线性或非线性力元;轨道梁设置为三维铁木辛柯梁模型,或从外部有限元软件导入模态分析结果;轨道线路包含平面和纵断面曲线、超高和轨面随机不平顺;悬浮和导向系统控制采用PID模型;多体动力学系统微分 代数方程求解采用Park刚性稳定法。该程序可用于考察磁浮列车的曲线通过性能、运行平稳性和乘坐舒适度,研究悬浮/导向气隙与磁浮控制系统参数优化,分析轨道梁在动态电磁力作用下的振动响应。     

基于编织算法的复线高速磁浮列车运行图铺画方法

根据高速磁浮线路结构和运行控制系统的特点,建立了复线高速磁浮列车运行图编制模型,设计了编织算法对模型进行求解。该算法严格按照列车在各车站的发车时间顺序,对上、下行列车运行线如同“织毛衣”般交叉铺画,在遇到列车冲突时通过更改列车路由和增加发车间隔等方法予以及时化解,逐步得到整体优化的列车运行图。算例分析表明,该方法优化速度快,能够有效地进行高速磁浮列车运行图的铺画。     

降低参数灵敏度的磁浮列车鲁棒悬浮控制器设计

磁浮列车的悬浮静态工作点与承载重量有关,因此对悬浮控制器的设计提出了更高的要求.以八达岭磁浮列车旅游线用的CMS-3型磁浮列车为研究对象,在分析磁浮列车悬浮控制系统的数学模型基础上,应用降低参数灵敏度的鲁棒控制器设计法对悬浮控制器进行设计,使控制器对列车质量变化的参数灵敏度明显降低.     

磁浮列车的非线性控制问题研究

建立了磁浮列车悬浮系统模型, 针对模型的非线性问题, 利用反馈线性化技术, 将系统的输入-状态线性化, 设计出一个P控制器和一个非线性补偿器, 得到了良好的仿真结果. 在此基础上, 进行了数字控制实验, 比较了仿真和实验结果. 实验表明反馈线性化技术可以解决磁浮列车非线性模型的控制问题.     

EMS型高速磁浮列车自适应导向控制器设计

EMS型高速磁浮列车导向系统的工作条件变化范围大,采用一般方法设计的控制器无法在整个工作范围内保持一致的控制性能。为了解决这个问题,研究了自适应导向控制器的设计方法。首先,建立了导向系统的数学模型,通过设计电流环使模型降阶;并分析了导向系统参数的变化原因及特性,在此基础上采用自校正的自适应控制理论,设计了参数自适应的导向控制器。仿真结果表明,该控制器较好地解决了导向系统在整个工作范围内特性不一致的问题。     

Advanced numerical analysis for vibration characteristics and ride comfort of ultra-high-speed maglev train

Magnetic levitation (maglev) trains are environmentally-friendly, require little maintenance, and allow for mass transportation. For these reasons, the demand for ultra-high-speed maglev trains has been increasing. Maglev trains can be classified with two suspension types, electro dynamic suspension (EDS) and electromagnetic suspension (EMS). EDS-type trains are suitable for ultra-high-speed because levitation suspension gap is over 100 mm compared with levitation suspension gap of 10 mm for EMS. When speed goes faster, it is hard to control the small suspension gap rapidly in EMS type. To analyze the EDS-type maglev train, electromagnetic forces were calculated with the superconducting coils and magnets using 2D analytical model. Based on the calculated forces, the lookup tables for the levitation and guidance force were employed in the total couple-fielded analysis. Ultra-high-speed maglev train was simulated by using the ADAMS multi-body dynamic program. The simulation was carried out with two car body models, rigid and flexible car body. In order to construct flexible car bodies with the modal information, the finite element method was used and they were constructed with the equivalent elements using ANSYS™. The final framework was constructed in MATLAB Simulink, and we co-simulated the dynamics and the electromagnetics with the constructed simulation frame work. To consider disturbances caused by irregularities, random and power spectral density (PSD) were used to analyze the vibrational interaction. As results, the ride comforts for PSD were a little bit worse than the results for random irregularity because the characteristics of PSD irregularity have more low excitation frequencies. The use of PSD inputs and flexible car body models need to be considered to improve the simulation accuracy.

     

基于磁悬浮列车的运行图编制算法

分析了轮轨列车与磁悬浮列车运行控制系统的差异,在参考轮轨列车运行图编制系统的基础上,提出了基于磁悬浮列车的运行图编制约束模型和编制算法。通过构建列车运行“位置—时间”矩阵检测列车运行冲突,并利用迭代修复算法消除冲突,最终得到可行的列车运行图。算例表明,该算法能有效地解决磁悬浮列车运行图编制方案,算法具有很好的有效性和实用性。