车辆整备状态车体垂弯频率优化方法研究

为提高轨道车辆整备状态车体垂向一阶弯曲频率,提出基于灵敏度分析和车下设备弹性吊挂参数设计方法优化车体垂向一阶弯曲频率。以车身型材骨架厚度为设计变量,用模态灵敏度理论对车体垂弯进行优化设计;结合改进车下设备与车体连接方式,研究了不同吊挂形式及刚度对车体垂向弯曲频率的影响。研究结果表明:采用灵敏度分析调整车体敏感部件厚度后,车体垂向一阶弯曲频率由9.70Hz提升至10.60Hz,但车体质量相应增加0.93 t;而采用基于车下设备弹性吊挂参数设计的方法,设置下吊设备固有频率为7Hz时,整备状态车体的垂向一阶弯曲模态频率提升至10.51Hz,相对而言基于弹性吊挂参数设计的方法更易于实际工程应用且不增加车体结构质量。     

基于ODS FRF某城际车工作状态下模态贡献分析

为研究某城际车工作状态下模态贡献问题，首先用激振器对该城际车进行了静态台架实验，利用LMS. Test. Lab软件识别其模态参数。然后对该城际列车进行线路实验，测试其不同速度级下的加速度振动响应。根据ODS FRF概念，给出了城际车在ODS FRF包络曲线峰值处的工作变形。最后根据模态叠加原理，得出不同速度级下，该城际车不同频率下工作变形主要由车体沉浮、车体点头及车体1阶垂弯贡献的结论。同时结果显示，不同速度级下，同一频率下工作变形可能由不同固有模态贡献；不同速度级下，同一工作变形频率可能会发生偏移。     

基于几何滤波效应的高速列车牵引变压器悬挂参数设计

为了对高速列车牵引变压器悬挂参数进行设计,提出了一种基于几何滤波效应的变压器悬挂参数设计思路。建立车辆-变压器耦合系统模型,推导了车辆振动响应功率谱密度函数,并从轨道不平顺激励函数、车辆设备耦合系统频响函数、车辆系统振动响应谱密度函数的角度出发探讨了滤波效应对车辆系统振动特性的影响,通过将变压器悬挂频率设计为滤波频率来衰减车体的弹性振动。研究结果表明:在低频范围车体极易因为轨道低频激励能量过大引起车体产生强迫振动;两种典型速度下,车体的低阶垂弯模态与轮轨激励共同作用导致车体产生较大振动幅值;车体的高阶垂弯模态因为滤波效应或者激励能量过低导致车体在高阶垂弯模态频率处振幅较小;对于设计时速250 km/h的高速列车,其变压器悬挂频率设计为9.8 Hz能显著衰减车体的弹性振动。研究结果可以为高速列车车下设备悬挂参数设计提供指导意义。     

不同细骨料下不锈钢管混凝土构件受弯性能研究

为考察不同细骨料种类对不锈钢管混凝土的受弯性能的影响,进行了24根不锈钢管混凝土构件在纯弯荷载作用下的力学性能试验研究。试验的主要参数为:细骨料种类、截面形状和剪跨比。基于试验结果,对比了不锈钢管原状海砂混凝土、不锈钢管淡化海砂混凝土和不锈钢管普通河砂混凝土3类构件的破坏模态,并分析了各主要参数对试件荷载-变形关系曲线、受弯承载力和抗弯刚度的影响规律。试验结果表明:采用原状海砂和淡化海砂取代普通河砂,对不锈钢管混凝土构件受弯承载力和刚度的影响较小。建立了不锈钢管混凝土纯弯构件的有限元分析模型,并利用模型对影响构件力学性能的重要参数进行了分析,在此基础上提出了圆形和方形不锈钢管混凝土受弯承载力的简化计算公式,可为相关工程实践提供参考。     

吊挂刚度对车体和设备模态的影响

模态是车辆的一项重要特性,包括车体模态和吊挂设备模态,各阶模态频率随着各种因素的变化而有所不同。为考虑车体弹性模态,将车体等效为欧拉伯努利梁。在某型高速列车有限元模型基础上,基于ANSYS 仿真软件,分别改变吊挂纵向,横向,垂向刚度,研究车体弹性模态和吊挂设备刚体模态频率及振型MAC的变化,给出模态频率和振型的变化规律,为模态试验和工程计算提供参考依据。     

A型地铁车体结构动态特性及车内声学模态研究

建立A型地铁车体结构和车内空腔有限元模型,应用模态分析技术分别对车体结构模态和车内空间声学模态进行了研究。结构模态分析表明：车体满足结构动态设计要求,但要加强端墙刚度、车顶与侧墙连接强度,以提高其疲劳寿命。声学模态分析表明,地铁车体对称的结构特点决定车内声场在横向、纵向和垂向同样具有对称性,使车内声场的各阶模态形状基本上呈前后、左右和上下对称分布,说明车内声场共鸣频率和模态形状主要由其几何形状决定。     

A型地铁车体结构动态特性及车内声学模态研究

建立A型地铁车体结构和车内空腔有限元模型,应用模态分析技术分别对车体结构模态和车内空间声学模态进行了研究。结构模态分析表明：车体满足结构动态设计要求,但要加强端墙刚度、车顶与侧墙连接强度,以提高其疲劳寿命。声学模态分析表明,地铁车体对称的结构特点决定车内声场在横向、纵向和垂向同样具有对称性,使车内声场的各阶模态形状基本上呈前后、左右和上下对称分布,说明车内声场共鸣频率和模态形状主要由其几何形状决定。     

多级多悬挂设备对高速列车垂向振动影响研究EI北大核心CSCD

为了研究设备以单级、双层形式悬挂对高速列车垂向振动的影响,建立了车辆-设备刚柔耦合模型,获得了车体中部、构架上方以及设备的加速度频响函数。考虑几何滤波效应,设备的连接方式(刚性、弹性)、连接刚度、连接位置等因素下车体与设备的耦合振动特性以及其相互影响关系。结果表明:速度作为几何滤波效应的影响因素,在研究车辆-设备耦合振动时必须考虑速度的影响;车辆在6~12 Hz内的振动响应受设备连接参数影响明显;在双层隔振系统中,框架更容易与车体产生耦合振动;当设备连接刚度为原始值时,车体中部响应较小,但双层隔振系统中设备会与框架产生耦合振动导致二者振动急剧增大;设备连接位置越靠近车体中部,车体的低阶垂向弯曲模态更易解耦,可以显著降低车体中部振动,同时使得车体的高阶垂弯频率最大提高0.4 Hz。     

多级多悬挂设备对高速列车垂向振动影响研究

为了研究设备以单级、双层形式悬挂对高速列车垂向振动的影响,建立了车辆-设备刚柔耦合模型,获得了车体中部、构架上方以及设备的加速度频响函数。考虑几何滤波效应,设备的连接方式(刚性、弹性)、连接刚度、连接位置等因素下车体与设备的耦合振动特性以及其相互影响关系。结果表明:速度作为几何滤波效应的影响因素,在研究车辆-设备耦合振动时必须考虑速度的影响;车辆在6~12 Hz内的振动响应受设备连接参数影响明显;在双层隔振系统中,框架更容易与车体产生耦合振动;当设备连接刚度为原始值时,车体中部响应较小,但双层隔振系统中设备会与框架产生耦合振动导致二者振动急剧增大;设备连接位置越靠近车体中部,车体的低阶垂向弯曲模态更易解耦,可以显著降低车体中部振动,同时使得车体的高阶垂弯频率最大提高0.4 Hz。     

一系螺旋弹簧动刚度对车辆-轨道耦合振动影响分析

建立准确表征一系悬挂轴箱螺旋弹簧波动特性的力学模型,运用动刚度矩阵法求解,研究其对悬挂系统隔振性能影响。结合基于格林函数法的车辆-轨道耦合动力学模型,引入弹簧刚度频变特性,对比分析考虑一系螺旋弹簧频变刚度前后车辆动力学性能之间的差异。结果表明,动刚度矩阵法可以精确求解螺旋弹簧随频率变化的动刚度特性,在一阶模态振动频率后弹簧刚度值呈现103等级的剧烈变化,该结果与有限元模型结果一致;一系螺旋弹簧的动态频率特性导致轮轨激励由车轮至构架的振动位移传递率提高到接近于1,而对车体的振动传递率提高到了10-3左右;在整车车辆-轨道动力学计算中,其对轮轨振动影响较小,但车体与构架出现了较高的高频振动能量峰值。包含一系悬挂动刚度的车辆模型更接近实际,为了降低车辆振动,应尽量提高一系螺旋弹簧自振频率并降低动刚度变化幅值。       

大跨度钢桁梁铁路斜拉桥刚度参数敏感性分析

针对某大跨度钢桁梁铁路斜拉桥方案,采用变化结构刚度方法研究梁、索、辅助墩等构件刚度对桥梁结构及行车性能影响。结果表明,增大桁宽能显著增加桥梁横向抗弯刚度,但对车辆走行性影响有限;增加桁高或斜拉索面积能显著提高桥梁竖向基频、降低车桥竖向响应;桥面系对桥梁结构整体刚度贡献不大,对车辆响应影响有限;设置辅助墩可提高斜拉桥竖向刚度、降低车辆竖向加速度及梁端竖向折角等。     

车下设备悬挂刚度对车辆平稳性影响

为分析车下设备悬挂刚度对车辆平稳性的影响,通过对某型动车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的接口模块FEMBS建立该动车的刚柔耦合系统动力学模型,研究不同的设备悬挂刚度对车体与设备的耦合振动影响。通过刚性与弹性两种不同的联接方式对的比分析可知,弹性联接方式能够对车体的弯曲振动起到抑制作用,由此大大降低设备对车体振动的影响。刚度优化仿真结果表明：车下设备悬挂刚度的不同对车辆的平稳性指标有着重要的影响。     

联轴器扭转刚度对潜油电泵细长串联轴系扭振特性的影响研究

为解决在满负荷、长周期运行工况下潜油电泵下保护器轴易断裂的问题,以潜油电泵细长串联轴系为研究对象,分析联轴器扭转刚度对细长串联轴系扭振特性的影响。采用DyRoBeS软件构建细长串联轴系扭振模型,分析轴系扭振特性,结合扭转振型与模态扭应力分布,确定轴系下保护器轴退刀槽为危险截面,研究联轴器扭转刚度与该危险截面扭应力的关系。分析结果表明：将联轴器1,2的扭转刚度均从设计值的20%按一定比例增大至设计值的500%,则联轴器1的第1阶扭振临界转速的增幅为21%,联轴器2的第1阶扭振临界转速的增幅达64%;将联轴器1的扭转刚度从设计值调整为设计值的40%,则轴段危险截面扭应力降幅约为55%;将联轴器2的扭转刚度从设计值的300%调整为设计值的40%,轴段危险截面扭应力降幅约为35%。调整联轴器1的扭转刚度至7.12×10⁴ Nm/rad,可有效减小轴段危险截面扭应力。研究结果可为解决潜油电泵细长串联轴系下保护器轴的断裂问题提供参考。     

城市轨道车辆车体复合吸振器建模与仿真

To reduce vibration of urban rail vehicle body, using modal orthogonality, car body was equivalent to a homogeneous Euler beam with uniform cross-section, the vertical dynamic model of an elastic body-track-composite absorber rigid-flexible coupled system was established, and the design method for composite absorber suitable for this model was proposed.According to operating conditions of urban rail vehicles, the functional relation among stiffness, mass parameters and target frequency of the composite absorber was solved analytically.By going through the mass value of two vibrators of the composite absorber, its matching stiffness parameters were obtained.Using the established evaluation index of the body vibration energy, the vibration reduction performance of the composite absorber designed with different parameters was evaluated to obtain the parametric design of the composite absorber with the minimum body vibration energy.Finally, the vibration reduction effect of the composite absorber was verified by combining with the vehicle stationarity index.The research results showed that there are two natural frequencies of the composite absorber; when designing its parameters, the two natural frequencies should be coordinated with the natural frequency of vehicle body floating and sinking and body first-order elastic frequency; the established body vibration energy evaluation index can be used to comprehensively evaluate vibration reduction performance of absorbers with different designs; the composite absorber installation has a better vibration reduction effect on the vehicle body vibration, and improves the vehicle’s operation quality; the study results provide a reference for the research using composite vibration absorbers to reduce   vehicle vertical vibration.     

A C0 finite element formulation for thin-walled beams

Timoshenko's and Vlasov's beam theories are combined to produce a C⁰ finite element formulation for arbitrary cross section thin-walled beams. Section properties are generated using a curvilinear co-ordinate system to describe the cross section dimensions. The element includes both shear and warping deformations caused by the bending moments and the bimoment. A Gauss quadrature order is employed which exactly integrates the bending and warping stiffness matrices and provides a reduced integration order for the shear stiffness matrices. Numerical results are presented for a channel section cantilever beam. The influence of shear deformation is investigated and the calculated results are shown to be in excellent agreement with the classical solutions.     

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。     

Acoustic Modal Testing of Bicycle Rims

The stiffness, strength, and safety of a bicycle wheel depend critically on the stiffness of its rim. However, the complicated cross-sections of modern bicycle rims make estimation of the stiffness by geometric methods very difficult. We have measured the radial bending stiffness and lateral-torsional stiffness of bicycle rims by experimental modal analysis using a smartphone microphone. Our acoustic method is fast, cheap, and non-destructive, and estimates the radial bending stiffness, \(EI_{11}\), to within 8% and the torsional stiffness, GJ, to within 11% as compared with a direct mechanical test. The acoustic method also provides a direct measurement of the coupled lateral-torsional effective stiffness, which is necessary for calculating many useful properties of bicycle wheels such as stiffness, buckling tension, and the influence of spoke tensioning. For a complete bicycle wheel, the lateral stiffness can be determined by a superposition of equivalent springs for each mode in series, where each mode stiffness contains a rim stiffness and spoke stiffness combined in parallel. We give example calculations on two realistic bicycle wheels using our experimentally derived rim properties to show how stiff spokes can compensate for a flexible rim, while a very stiff rim doesn’t necessarily result in a stiff wheel.     

变截面梁横向振动特性的半解析法

提出一种计算变截面梁横向振动特性的半解析法。基于欧拉-伯努利梁理论给出的弯曲刚度、质量分布沿梁轴线连续或非连续变化的变截面梁横向振动方程;将该变截面梁等效为多段均匀梁,并基于相邻两段连接处的位移(位移、转角)和力(弯矩、剪力)的连续条件,建立了两相邻均匀段之间模态函数的关系;针对简支边界条件给出了计算变截面梁横向振动固有频率的特征方程和模态函数,并用Newton-Raphson方法计算其固有频率。通过与有限元法的数值结果比较说明半解析解的高精度和有效性。     

双金属复合翅片管振动特性的研究

双金属复合翅片管是一种高效传热元件,容易发生流体诱导振动破坏,对其进行振动模态理论分析具有重要的工程指导意义。针对双金属复合翅片管的结构特征,将其简化为串、并联刚度系统,采用组合截面等效弯曲刚度、等效扭转刚度和等效抗拉压刚度,并结合等效质量和等效转动惯量的方法,对其弯曲、扭转和轴向振动模态进行理论解析。为了验证理论分析方法的准确性,对双金属复合翅片管的振动模态进行了实验测试和有限元分析。研究了翅片几何参数对双金属复合翅片管振动频率的影响规律。结果表明,对于矩形翅片形式的钢铝双金属翅片管,其弯曲、扭转和轴向振动频率均随翅片高度和翅片厚度的增大而减小,随翅片间距的增大而增大。