动车组车体模态灵敏度及优化设计研究

建立动车组车体有限单元模型,计算整备状态下的车体模态,以车体主要板件厚度为设计变量,用数值微分法计算整备壮态下车体模态频率对板件厚度的灵敏度;通过灵敏度分析车体各部件对车体模态的影响规律,并基于灵敏度合理选择设计变量,以提高车体低阶模态频率和降低车体质量互为目标和约束条件,建立优化设计数学模型,实现了车体优化设计,优化后车体一阶菱形模态和一阶垂弯模态频率分别提高了1.05 Hz在和0.95 Hz,但保持了车体质量不增加,分析校核了优化后的车体强度。优化结果表明,所提出的基于灵敏度的综合提高车体性能的优化设计方法在显著提高车体前二阶模态频率的同时,保持车体质量不增加,并保持车体强度相对不降低,综合提高了车体性能,取得了明显的优化效果。     

接地方式对高速动车组车体雷电过电压影响研究

建立了雷电流波形、动车组车载避雷器,以及车体电阻电感等效电路模型,研究了动车组车体车顶与车底之间、车底与轴端之间雷电过电压分布规律;根据过电压产生机理提出了一种新的接地系统设计方式,并分析了新接地方式下,车体雷电过电压的变化特点。研究结果表明,动车组车体雷电过电压波形呈震荡衰减变化趋势,车顶-车底之间车体雷电过电压要大于车底-轴端之间雷电过电压。新接地系统对车底-轴端之间雷电过电压的影响较大,其过电压幅值最大衰减幅度达到其原值的27%。     

基于模态叠加法的车体疲劳寿命分析

基于模态应力恢复法,以模态叠加法获得的车体各模态位移响应为输入,得到车体有限元各节点模态应力载荷历程;使用Miner线性累积疲劳损伤理论对车体进行疲劳损伤评估。通过对不同模态的叠加得到对车体疲劳寿命影响较大的模态,结果表明:车体疲劳寿命主要受车体前10阶低频模态影响较大,高频模态对车体疲劳寿命影响较小。单独分析各阶模态对车体疲劳寿命影响,车体第1阶垂弯模态对车体各部位疲劳寿命具有较深的影响。     

高速动车组车体模态特性分析

针对轨道不平顺及设备运转使高速动车组运行过程中产生复杂的振动、严重降低乘坐舒适性和行驶安全性等问题,对车体进行模态特性分析,以改善车辆的动态响应特性。建立某高速动车组车体有限元模型,计算3种车体不同质量条件下的振动模态,分析设备吊挂位置和吊挂点数目对车体模态频率的影响,得到模态频率和振型的变化规律。在有限元计算的基础上搭建车体模态测试系统,对车体进行模态试验,分析仿真与试验结果的差异及原因,验证数值计算和有限元模型的正确性。结果表明,车体模态频率满足相关设计标准,不同质量的车体低阶模态振型变化趋势一致,吊挂位置对底架垂弯和车体扭转振动频率影响较明显,吊挂点数目增加使车体模态频率逐渐升高。     

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。     

载重对列车车体固有频率及平稳性指标的影响

针对高速列车整备状态车体进行了多输入、多输出正弦扫频模态试验和线路运行试验。通过正弦扫频试验数据分析了载重变化对整备车体的1阶垂弯、扭转和菱形固有频率的影响,并根据线路试验数据分析了在200 km/h速度下载重变化对车体运行平稳性指标的影响。结果表明,载重不仅改变车体的总质量,同时也改变车体的刚度,车体的固有频率与载重成反比,而与刚度成正比;当车体的固有频率与线路激励接近时,车体运行平稳性指标增加;反之,平稳性指标减小。     

车体垂弯振型节点位置对其弹性振动的影响

根据车体的结构属性和质量分布将其考虑为多段变截面欧拉梁，建立包含车体一阶垂弯模态的车辆垂向动力学模型，研究车体一阶垂弯振型的节点位置对高速列车振动舒适度的影响，提出改善车体弹性振动的措施。基于变截面欧拉梁模型分析车体各截面的质量和抗弯刚度分布对模态振型的影响，发现不同截面之间的抗弯刚度和质量分布对整体模态振型影响显著，提高车体中部结构的抗弯刚度并减小其质量，可以增大节点间距和提高模态频率，而传统均直等截面梁模型则不能准确描述振型的幅值和节点位置。采用频域分析方法计算车辆在轨道随机激励下的振动响应，将车体垂弯振型节点调整到转向架二系上方附近时，车体的弹性振动水平显著降低，在车速为300 km/h时车辆舒适度指标可降低50%。     

柔性车辆振动和运行平稳性控制研究

通过对铁道车辆柔刚体系统进行动力学分析，应用独立模态空间控制理论，提出了通过控制车体的一阶垂直弯曲模态和车体浮沉、点头刚体振动模态，改善车辆运行平稳性的混合控制策略。在最优控制基础上，采用磁流变阻尼器作为作动器的半主动控制策略，实现能量消耗和控制效果的协调。机械系统和控制系统的联合仿真结果显示：半主动控制策略较好地抑制了车体低阶弹性弯曲振动和车体浮沉刚体振动；车辆运行平稳性性能的改善接近最优控制策略；对车辆系统而言，半主动磁流变阻尼器的实现是可行的。     

某车体吊挂设备模态分析

以CRH5某车体为载体,应用有限元软件HyperMesh和Ⅰ-DEAS对未吊挂和吊挂设备的车体分别进行了模态计算,吊挂设备时用了3种方案模拟设备.分析了各方案对结果的影响.对精确的计算车体整备状态下的模态有很重要的意义.     

机车车体结构模态的有限元分析

建立了某新型交流传动内燃机车车体详细的有限元模型,以及分析和描述了该车体的振动模态。并明确了影响车体结构的主要影响因素,为减轻机车车体结构提供了参考依据。     

摩托车振动舒适性分析与改进

从车体动态特性分析入手分析研究摩托车振动舒适性。以某125摩托车为例,采用仿真和试验相结合的方法分析摩托车车架、车架挂发动机的模态特性,建立了一种有效的简化了的车架挂发动机有限元模型。分析了发动机对车体动特性的影响,以及车体动特性与激励的匹配关系。针对该车架提出了改进方案,模态分析表明车体结构模态特性得到了改善。整车平顺性道路试验结果表明改进后的车架较好地改善了整车振动舒适性。     

高速列车弹性车体垂向振动与悬挂参数设计

高速铁道客车车体受轨道激扰力的作用产生弹性振动,影响客车运行平稳性。为了分析车体弹性振动与车体悬挂参数关系,基于刚柔耦合动力学原理,建立了客车垂向动力学模型,根据共振理论及模态叠加原理计算了系统固有频率和响应功率谱,分析了车辆系统悬挂参数和运行参数对振动的影响。仿真发现弹性车体振动响应大于刚性车体,车体一阶垂弯振动对弹性振动的贡献最大。在满足结构条件下,适当降低一、二系悬挂垂向阻尼、一系悬挂垂向刚度可减小车体弹性共振,系统各个部件自振频率控制、车体垂向悬挂阻尼控制可实现整车模态及局部有害模态控制。     

HXD2型机车车体的强度计算与试验研究

从对“和谐2”HXD2型交流传动重载货运电力机车车体的设计要求出发,重点分析了HXD2机车车体强度计算和型式试验的特点和优势．介绍了车体静强度、疲劳强度、动力模态和设备紧固件强度计算以及车体强度型式试验。试验表明,车体的强度和模态满足设计要求。     

高速列车车体动态薄弱位置及特征应力谱研究

为了研究高速列车车体的动态薄弱位置及服役条件下薄弱位置应力谱特征,基于车辆系统动力学、有限元理论和刚柔耦合理论,建立了8编组的高速列车高频刚柔耦合动力学模型。基于模态应力恢复法,利用反映服役模式的轮轨扫频激励,研究并识别了车体服役条件下的动态薄弱位置。通过该模型,进一步研究了车体动态薄弱位置处的应力谱特征,分析了不同运营速度和不同曲线半径对特征应力谱的影响。结论表明:车体的动态薄弱位置主要集中在窗角、门框、枕梁、牵引梁与枕梁交接等部位,其对车体一阶垂弯、车体一阶扭转、车体顶棚和侧墙局部高频模态较为敏感。随着车辆运营速度的增加和曲线半径的减小,由于车体模态振动加剧,车体动态薄弱位置的应力幅值显著增加。     

基于工作变形的车体模态振型分解技术研究

为对车体的工作变形进行模态分解,首先对某型铝合金车体进行台架模态实验,然后通过稳态图中的极点找出车体在0~50 Hz的工作变形,再利用模态置信判据(MAC)和模态比例因子(MSF)在车体工作变形中找出模态"基"群,通过车体工作变形公式将车体工作变形分解为在特定频率下模态"基"群的线性叠加。分解结果显示:工作变形分解理论分解车体工作变形效果较好;其中各"基"模态所占的比重不同,其中菱形、1阶垂弯和扭转在某些频率下所占比重较高。     

步兵战车车体结构有限元模型修正

针对某型步兵战车整车刚柔耦合发射动力学中柔性车体有限元模型精度低的问题,基于模态试验数据,应用支持向量机响应面模型修正理论对车体结构有限元模型进行了修正。应用ANSYS有限元分析软件对车体结构进行模态分析,提取前6阶模态的固有频率和振型。为验证模型,设计了模态试验方案,实测了车体结构的模态信息。基于有限元模型数据与实测数据的相对误差,采用支持向量机响应面模型修正方法对车体结构弹性模量和密度进行修正。模型确认结果和动力学模型应用结果表明,修正后的车体有限元模型精度有了大幅度提高,能更加真实地反映车体的结构特征,为射击精度分析提供了准确的模型基础。     

温度变化对车体部件加工尺寸影响问题的解决

正我公司接到一批长春轨道客车股份有限公司新一代高速动车组CRH380CL车型的底架边梁和车顶边梁铝合金长大型材的加工订单,型材长度规格为16~24 m,最长的工件长度达到24.2 m,是目前轨道车辆铝合金车体中最长的部件之一。铝合金车体部件中,底架边梁长度方向的加工特征尺寸直接影响与其装配的地板和侧墙的组对精度,底架边梁由于其两端有门口加工特征,侧墙组对时其门口要与边梁门口处吻合。同样,车顶边梁与侧墙上部加工特征和平顶、圆顶相关联的部位在组对过程中也要对应吻合。所以,底架边梁和车顶边梁在车体结构部件中的尺寸精度起到主导地位,要求是在工程上常温20℃条件下的尺寸。铝合金材料的线性膨胀系数为24.1×10-6(1/K),是铁的2倍,对环境温度的变化比较敏感。     

基于VisVSA的高速列车车顶的装配偏差仿真分析CSCD

高速列车车顶的装配质量是影响车体总成制造质量的关键因素。利用三维公差分析软件Vis VSA对高速列车的车顶进行了装配偏差仿真分析。结果表明,车顶的高度的超差率不能满足原有公差设定下的要求。依据仿真分析结果对偏差贡献度较大的零部件公差进行修正,修正后的超差率明显减小,满足装配要求,在保证检测质量的前提下,可以有效提高生产效率。     

高速列车有限元参数化

铁路车辆的性能一直都是运输行业的重要课题,对于车辆的研究会影响到整个铁路交通的发展。将列车车体分成底架、侧墙、车顶等几个模块,每个模块都有自己的子模块,将车体结构模块细化到钢板、槽钢等板材结构,用有限元软件ANSYS的参数化语言APDL语言,对车体模型以命令流的形式表示,最终达到对车体结构模型参数化,方便车体结构优化,有利于对车体进行有限元仿真分析,提高车体建模分析效率,缩短车体技术更新时间,并且有助于技术交流。     

基于VisVSA的高速列车车顶的装配偏差仿真分析

高速列车车顶的装配质量是影响车体总成制造质量的关键因素。利用三维公差分析软件Vis VSA对高速列车的车顶进行了装配偏差仿真分析。结果表明,车顶的高度的超差率不能满足原有公差设定下的要求。依据仿真分析结果对偏差贡献度较大的零部件公差进行修正,修正后的超差率明显减小,满足装配要求,在保证检测质量的前提下,可以有效提高生产效率。