跨座式单轨列车-轨道梁耦合动力学特性研究

跨座式单轨列车-轨道梁系统的耦合振动问题涉及因素多,有待进一步研究。基于刚柔耦合理论建立跨座式单轨列车-轨道梁耦合动力学模型,以探讨不同轨道梁跨距和载重状态对系统响应的影响。结果表明:轨道梁跨中竖向挠度和横向挠度均随跨距的增加而增大,跨中竖向挠度影响更显着;跨中竖向挠度随载客量的增大而增大,横向挠度基本不受载客量的影响。研究可为跨座式单轨交通系统的结构设计优化和运输管理提供理论基础。     

单轨车辆耦合动力学模型与振动响应特性

为了研究单轨车辆在设计车速范围内的振动响应特性,进而评价单轨车辆运行平稳性与舒适性能,分析了单轨车辆走行轮、导向轮、稳定轮和转向架中央牵引装置及车体间的拓扑关系,利用Hamilton方程构建了包含走行轮与轨道梁顶部,导向轮、稳定轮与轨道梁侧部等三向轮轨接触对的单轨车辆空间耦合系统动力学模型,并对单轨的PC轨道梁走行面及轨道梁左、右两侧部轨面的不平度进行了数值模拟。基于空间耦合动力学模型,以轨道不平度为激励源,设定车辆以某一恒定速度在直线轨道上运行,获取了单轨车辆的振动响应特性,并与实车测试结果对比分析,验证了单轨空间耦合动力学模型的正确性。在此基础之上,获取了单轨车辆不同设计车速下的振动响应特性,对单轨车辆的运行平稳性和舒适性进行了评价。结果表明,单轨车辆的舒适性能优良,运行平稳性能处于优秀等级。     

基于有限元梁轨枕的轮轨高频振动模型

基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立车辆-轨道垂向耦合模型,轨枕采用有限元梁模型.在轮对扁疤初速度激励模型和位移激励模型下,计算车辆轨道系统的振动响应,并与轨枕集中质量模型仿真结果进行比较.结果表明,轨枕模型的选取对轮轨力影响较小,但轨枕有限元梁模型可以反映沿轨枕长度方向在不同时刻的振动响应,而且计算出轨枕振动的速度分布可为轨道系统辐射噪声计算提供振动数据.     

跨坐式单轨弹性车体和转向架耦合振动分析

建立了跨坐式单轨车体有限元模型,基于Guyan缩减法对跨坐式单轨有限元车体进行缩聚并验证其合理性,将缩聚后的弹性车体模型导入Simpack动力学软件中建立其刚柔耦合动力学模型,运用该模型分析了弹性车体的模态对运行平稳性Sperling指数的影响,研究了跨座式单轨弹性车体与转向架的耦合振动。分析结果表明:弹性车体较刚性车体振动加速度大,运行平稳性差;若跨座式单轨车体抗点头扭杆刚度、减振器阻尼系数和空气弹簧刚度与车体一阶弯曲频率匹配恰当,即使转向架点头频率和车体一阶弯曲频率相近,也不会发生弹性车体与转向架的共振;车体平稳性随空气弹簧刚度减小而变好,即空气弹簧越"软",车体的平稳性越好。     

单轨车辆参数对轮胎磨损的影响及优化研究

跨座式单轨车辆的特殊结构使单轨车辆曲线运行中走行轮磨损严重。从单轨车辆动力特性角度,建立了具有三向附着接触对的跨座式单轨列车空间耦合动力学模型,动力学模型仿真结果与实车相关测试数据具有较好的一致性。基于建立的耦合动力学模型,分析了车辆在曲线通过时,单轨车辆悬架参数、结构参数对单轨车辆走行轮胎磨损的间接影响,探索了单轨车辆悬架、结构参数对轮胎磨损的影响趋势,以单轨车辆曲线通过时,走行轮所受侧偏力为目标函数,对单轨车辆悬架参数、转向架结构参数进行优化,优化结果表明:单轨车辆中央悬挂参数对于侧偏力数值影响较小,但通过悬挂参数优化能有效缩短车辆曲线响应时间,转向架走行轮定距参数对侧偏力的影响较大。     

油压减振器失效对单轨车辆运行稳定性的影响

为了研究油压减振器失效对跨座式单轨车辆运行平稳性的影响,分析了单轨车辆减振器失效机理,建立了跨座式单轨车辆非线性多体动力学模型,分别计算并比较了不同数量油压减振器失效时跨座式单轨车辆车体纵横向加速度大小。结果表明:不同数量的油压减振器失效均会使单轨车辆运行稳定性降低。     

整车无砟轨道钢轨波磨计算模型

概述了钢轨波磨研究现状及现有钢轨波磨计算模型。基于刚柔耦合的车辆轨道耦合动力学模型、改进的轮轨非赫兹滚动接触力学模型、钢轨材料摩擦磨损模型和磨耗叠加计算模型,建立整车-无砟轨道钢轨波磨计算模型。其中刚柔耦合的车辆轨道耦合动力学模型可以同时考虑钢轨、轨道板柔性以及钢轨周期离散支撑条件等因素;改进的三维非赫兹接触模型考虑不均匀磨损对轮轨接触的影响;材料摩擦磨损模型考虑自旋对磨耗的贡献。钢轨波磨计算模型考虑了轮轨之间的动力作用对波磨形成和发展的影响,以及波磨导致接触表面改变后其对轮轨接触及动力学的反馈作用。该模型可以模拟整车八个车轮和钢轨相互作用所形成的波磨。利用该模型再现了现场残余波磨的初期演化情况,该项研究可为钢轨波磨的减缓和治理提供理论基础和技术手段。     

基于弹性车体的地铁车辆动力学特性研究

基于刚柔耦合动力学理论并采用UM与HYPERMESH、ANSYS建立基于弹性车体的地铁头车刚柔耦合模型,研究将车体考虑成弹性时地铁车辆动力学特性。结果表明:随着速度的提高,平稳性指标和舒适性指标都增大,脱轨系数最大值先减小后增大,轮轨横向力最大值先减小后增大,轮轨垂向力最大值逐渐增大,车轮磨耗功最大值逐渐减小,在速度低于100 km/h时,轮重减载率最大值先增大后减小,之后逐渐增大,各项动力学指标均满足国家相关标准;与刚体动力学模型计算相比,采用刚柔耦合模型计算时考虑了车体的弹性变形,且两者计算结果个别差异较大,建议在计算地铁车辆动力学性能时将车体进行弹性化处理。     

横向风载作用下跨座式单轨车辆动力响应研究

横向风载是跨座式单轨车辆系统主要外部激扰源之一。基于多体动力学理论,考虑了轮胎的力学非线性特性,建立了具有38个自由度的跨座式单轨车辆系统动力学模型。以横向脉动风载及美国六级谱轨道不平顺作为系统外部激励输入,开展了在不同风速工况下跨座式单轨车辆运行安全性、平稳性研究。结果表明:车辆动态响应结果随速度的增加而不断增强。当风速达到20m/s时,车辆轮重减载率较高,建议车辆降速或暂停运营。在风速小于15m/s时,跨座式单轨车辆可正常安全运行。横向脉动风载作用下的车辆动态响应的最大值,相对于稳定风载大约会增加(5～12)%。     

轨道参数对跨座式单轨车-桥耦合系统振动的影响分析

基于铁木辛柯梁理论,在考虑柔性轨道梁的剪切和扭转变形的基础上,构建跨座式单轨列车-曲线轨道梁耦合动力学模型,探讨曲线半径与跨距对跨座式单轨系统运行安全性和运行平稳性的影响。结果表明:轨道梁跨中垂向位移随曲线半径的增加而减小,横向位移随曲率半径的增加而增加;横向加速度随曲线半径的增加而增加,垂向加速度基本不受曲线半径的影响;轨道梁跨中垂向和横向位移均随跨距的增加而增大,且垂向位移变化更显著;跨中垂向加速度随跨距的增加先增后减,横向加速度随跨距的增加而增加,变化幅度较为平缓。     

跨座式单轨牵引齿轮单元传动过程动力学分析

为提升轨道车辆牵引传动系统的动态服役性能,针对跨座式单轨牵引齿轮单元传动过程展开动力学分析。利用集中参数理论获取跨座式单轨牵引齿轮传动系统的啮合原理和特点,通过分析各种非线性因素,组建传动系统非线性动力学方程,并对其无量纲化处理。在此基础上,组建多轴耦合传递矩阵,研究齿轮系统的振动响应,再采用Riccati传递矩阵方法研究振动特点,获取不同参数变化对系统振动产生的影响。计算结果表明,该方法可以有效降低分析结果的相对误差,获取更加准确的动力学分析结果。     

基于SIMPACK的轨道车辆动态性能仿真分析

利用多体动力学软件SIMPACK对某型轨道车辆进行整体建模;采用不同速度通过直线轨道线路而获得车辆的线性和非线性临界速度;使轨道车辆通过不同的曲线线路而获得其曲线通过能力;分析了轨道车辆在不同速度下的平稳性指标;采用有限元分析软件ANSYS获得车体的有限元模态文件,输入SIMPACK中获得刚柔耦合的多体动力学模型,并获得车体刚柔耦合的动态性能.     

铁路凹底平车凹底架动态响应及其疲劳强度

将有限元分析方法与多体系统动力学理论有机地结合在一起,应用于凹底平车多体系统的动态响应分析、凹底架的弹性振动分析和疲劳强度研究中.在进行轮轨接触、轨道谱以及车辆系统非线性因素等的计算、模拟基础上,基于有限元分析软件ANSYS,采用超单元法建立凹底架弹性体动力学方程.把有限元分析结果引入到SIMPACK动力学软件中,进而建立凹底平车的多刚体系统和刚柔耦合系统动力学模型,进行仿真计算并与试验结果对比分析,研究运行速度和悬挂参数对车辆系统动态响应的影响规律,分析凹底架的动态限界和凹底架的疲劳强度问题.分析得出,刚柔耦合多体系统动力学模型更合理.计算结果表明,重车运行过程中速度不宜过高,并要合理匹配悬挂参数,避免凹底架下平面超限界和过早疲劳破坏.     

跨坐式单轨车辆车体正面碰撞仿真分析

在碰撞仿真理论的指导下,以跨座式单轨车辆为研究对象,对跨座式单轨车辆车体结构进行了CAD建模,并建立了整车碰撞有限元模型。在碰撞模型基础上,模拟了跨座式单轨车辆车体与刚性墙正面碰撞过程,在车体碰撞过程中,得出了碰撞过程中车体的变形位移时间历程曲线,速度时间历程曲线和碰撞能量变化曲线。根据仿真结果,对单轨车体内乘员生存空间进行了分析,对车体的刚度和吸能能力及结构耐撞性进行了评价.从车体骨架变形可看出,跨座式单轨车辆车体的耐撞性能不太理想,车体前端发生了较大变形,危机到驾驶员的生存空间。     

带集中质量及转动惯量的弹性车轴模型及振动分析

随着列车运行速度不断提高,轮对质量、转动惯量以及轮轴弹性对轮轨系统振动影响越来越明显,在车辆-轨道耦合系统动力学研究中不应再被忽视。利用假设模态法,得到带有集中质量及转动惯量的弹性车轴振型函数,与等直梁的振型函数进行对比,并在此基础上建立考虑轮对弹性振型的车轴模型和车辆系统动力学模型。采用数值计算方法,得到扁疤激励下车辆-轨道耦合系统轮轨力、垂向加速度及其功率谱密度。与传统刚性车轴处理方式相比,所提的方法能更为准确地反映轮轴振动、轮轨力冲击和衰减特性等。     

跨坐式单轨车辆走行轮车轴有限元分析与研究

走行轮车轴是跨座式单轨交通车辆转向架的重要部件,其强度和刚度关系车辆的行车安全。利用有限元分析方法,建立车轴有限元模型,通过求解器进行车轴承载情况下的有限元计算。分析4种不同工况下走行轮车轴的强度和刚度,得到走行轮车轴的应力、应变云图,为跨座式单轨走行轮车轴再优化提供依据。     

考虑悬架柔性的刚柔耦合汽车平顺性研究

目前对车辆平顺性的研究一般采用多刚体动力学的方法,而没有考虑悬架柔性体对其的影响,致使仿真值和实际值存在一定差别。为了提高模型的仿真精度,基于多体动力学理论,有限元及模态综合法建立了计及前悬架横向稳定杆,下摆臂和后悬架扭转梁柔性的刚柔耦合整车模型。建立B级随机路面模型,对整车进行随机路面平顺性仿真计算。研究结果表明:与多刚体模型相比,刚柔耦合作用使座椅加权加速度均方根值减小,刚柔耦合模型之间的差异随车速提高,说明在研究整车平顺性时,建立刚柔耦合悬架模型是有必要的。     

跨座式单轨转向架构架结构分析与优化

转向架作为轨道车辆的重要组成部分,起着牵引行走和制动等重要作用,是决定列车运行安全和动力学性能最为关键的组成部分。利用CATIA软件建立了新转向架构架的三维模型;利用HyperWorks软件建立了新转向架构架的有限元模型。结合跨座式单轨车辆转向架构架典型受力工况,采用有限元方法,对新转向架构架进行尺寸优化详细设计、静强度分析和模态分析。优化分析结果显示,新转向架构架在满足结构强度刚度要求的同时也达到了轻量化的效果,同时构架的动态特性比较好。     

基于Timoshenko梁模型的车辆-轨道耦合系统垂向随机振动分析

将钢轨视为无限长Timoshenko梁,由两层弹簧阻尼系统连续支撑,在频域建立车辆-轨道垂向耦合动力学模型。提出采用格林函数法求解钢轨运动偏微分方程,可在较宽频域内得到轨道动力响应避免模态截断频率限制,结合车辆方程求解点导纳及传递导纳,运用虚拟激励法将真实轨道谱激励作为系统输入,求解车辆-轨道系统随机振动响应,并将该弹性轨道与传统刚性轨道、简化弹簧轨道模型结果进行对比。研究结果表明,采用格林函数法求解无限长Timoshenko梁弹性轨道模型可快速实现全频域计算,得到轨道系统频率响应特性。利用虚拟激励法及叠加法,可得到轮轨多点接触工况下的车辆与轨道结构随机振动响应。采用刚性轨道结构模型会导致过高估计车辆结构在高频的振动,整个耦合系统振动响应均对速度较敏感。考虑轨道弹性影响的弹性轨道模型更符合实际,采用格林函数法求解轨道模型较为快速精确。     

机械差速器耦合轮对轨道车辆导向性能分析

将对称式机械差速器应用于独立旋转轮对轨道车辆,作为左右车轮差速运行的被动控制装置。在动力学分析的基础上建立机械差速器耦合轮对轨道车辆模型和对比模型,包括刚性轮对车辆和独立旋转轮对轨道车辆模型。通过仿真计算,对比研究了机械差速器耦合轮对轨道车辆和另外两种车辆在曲线和直线上的导向性能,曲线通过安全性及轮轨磨耗性能。研究结果表明,在机械差速器的耦合作用下,独立旋转轮对恢复了纵向蠕滑力和直线上运行的复位对中能力,解决了独立旋转轮对车辆导向能力较差的问题。同时,和刚性轮对车辆相比,机械差速器耦合轮对轨道车辆在通过小半径曲线时,有更好的安全性、导向性能和轮轨磨耗性能。但由于纵向蠕滑力不足,在中等半径的曲线上,机械差速器耦合轮对轨道车辆的动力学性能比刚性轮对车辆稍差。总的来看,机械差速轨道车辆解决了独立旋转轮对车辆的导向及安全性问题,并且在极小半径的曲线上运行时有较好的动力学性能,这种特性有利于其在城市地面轨道交通中应用。