桥面不平引起车桥系统随机振动车速因素分析

将桥梁离散为梁单元,车辆简化为两自由度系统,桥面不平顺引起的车桥耦合振动荷载等效为虚拟激励荷载,建立移动车辆-桥梁耦合随机振动模型,运用虚拟激励法((pseudo excitation method,简称PEM)并结合模态综合叠加技术进行求解。将数值迭代结果与Monte-Carlo法对比,验证求解算法的正确性。以简支梁桥为例,在频域内对桥面不平顺引起车桥耦合随机振动的车速因素进行分析。结果表明:桥梁跨中竖向位移均方根值随车速变化较大,车速对位移和加速度功率谱曲线的1阶频率峰值和带宽影响显著;近支点加速度功率谱曲线的峰值、频率及带宽随车速变化明显。研究桥面不平顺引起的车桥耦合随机响应,车速对桥梁和车体振动影响不可忽略。     

货运动车组车体-集装箱耦合振动特性研究

目前我国货运动车组正在研制中,货运列车速度的提升将对车辆振动产生重要影响,既有不考虑车-货间耦合作用的研究方式将不再能准确反映高速货运动车组的振动特性。考虑车辆与其所承载集装箱的耦合关系,建立货运动车组动力学模型,研究不同速度等级下车体和集装箱的响应特征,对比车体与集装箱体间是否采用耦合关系的情况下系统振动特征的异同点,获得车体及集装箱在两种模型处理方式下车体端部和中部集装箱、车体、构架横向加速度和摇头角加速度等的时频域特性。结果表明,研究车速200 km/h以上的货运动车组的动力学特性时需要考虑车体-集装箱之间耦合振动关系;考虑车体-集装箱耦合振动关系后,可反映集装箱的振动引起车体和构架在某些频段内振动幅值增大、振动能量增加及车体端部集装箱的横向振动大于中部集装箱等特征。     

不同激励作用的铰接式车辆车架动态特性分析

铰接式车辆车体结构复杂,需要对车体的固有特性进行分析,防止在运行中不同激励作用下出现共振现象.针对整车在正常行驶工况下的受力情况进行分析,获取车体结构振动基本方程;基于有限单元法建立车架有限元分析模型,分别获得前车体、后车体的前八阶固有频率和振型;分析路面激励和发动机激励对车体动态特性的影响,对车体的动态特性进行评价;基于车体激励试验台,分析路面激励、发动机激励等对车体振动的影响,以检验设计的可靠性.结果 可知:前车体固有振型主要是1个或几个部分振动为主的局部振动;前车体的前8阶弹性模态频率分布在(30～66)Hz范围内;后车体的前8阶弹性模态频率分布在(14～51)Hz范围内;前车体的一阶频率为30.85Hz,后车体的一阶频率为14.15Hz,高于路面的激励频率范围;前车体的(1～4)阶固有频率低于发动机怠速时的频率,(5～8)阶高于发动机的怠速时的频率(40Hz),不会引起共振;质心位置振动变化在三种作用形式下均未出现明显的激振情况.在激励作用下,振动幅度较输入激励略低,主要由于车辆减震器的作用,吸收了部分激励.表明设计是合理,分析过程可以作为此类研究的参考.     

车路耦合振动中Galerkin截断收敛阶数的研究

Galerkin截断法是研究车路耦合系统动力学响应的常用方法.将路面假设为非线性黏弹性地基夹层梁模型,车辆假设为匀速运动的弹簧振子,建立车路耦合系统的振动方程.基于路面线性固有频率,提出两种确定Galerkin截断收敛项的有效方案,并分析系统耦合振动响应的收敛性.观察不同车速下的路面响应和车辆振动位移.当车身发生共振时,分析不同路面厚度下Galerkin截断数对系统收敛性的影响.讨论系统达到收敛时,车辆悬架刚度和阻尼,路面不平度波长和幅值对路面变形和车辆振动位移的影响.数值研究表明,提出的方案对车路耦合系统的收敛性判断具有较高的准确性,大大提高了计算效率,对研究人员解决车路耦合系统动力学问题有一定的促进作用.     

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。     

基于磁流变阻尼器的履带车辆悬挂系统半主动控制

将磁流变阻尼器应用于履带车辆的悬挂系统中,研究了磁流变阻尼器在不同电流下的力学特性和耗能特性。建立了履带车辆二自由度车体振动模型,提出了基于线性二次型(LQR)最优控制理论的半主动控制算法。对典型沙土路面激励下履带车辆悬挂系统的半主动控制效果进行了仿真,与被动及开关控制的减振效果进行比较,得出了车体振动加速度、线位移、角加速度和角位移的响应曲线。结果表明,该控制算法对基于磁流变阻尼器的履带车辆悬挂系统有着很好的控制效果。     

磁流变阻尼器力学特性及其在车辆悬挂系统中的应用

对磁流变阻尼器的力学特性进行了理论分析和实验研究，得出了其阻尼力与电流、振动速度和振幅等因素之间的变化关系，并将该阻尼器应用于车辆悬挂系统中，建立了基于该阻尼器的履带车辆振动模型，提出了相应的半主动控制算法，对路面激励下悬挂系统的控制效果进行了仿真，结果表明，将磁流变阻尼器应用于履带车辆的悬挂系统可以大大减小车体响应，有着广阔的工程应用前景。     

车下设备的连接方式及悬挂参数匹配研究

随着铁道车辆运行速度的提高,复杂的车下设备对车体的振动影响不能忽视.将车体考虑成等截面欧拉梁,建立了车辆刚柔耦合的垂向动力学简化模型,考虑了设备弹性悬挂和刚性悬挂两种连接方式对车体振动的影响.结果显示,弹性悬挂能够有效抑制设备高频振动能量的传递,降低车体的弹性振动.为了讨论车下设备弹性悬挂参数与车体结构振动的匹配关系,详细地分析了不同悬挂刚度和阻尼对车体振动的影响.当刚度设置在合适的范围时,由于车下设备与车体间同向和反向运动,使车下设备的传递率下降,车体的振动降低.同时,提高悬挂阻尼也在一定程度上能够抑制车体的振动.     

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。     

ADAMS环境下的履带车辆多体动力学建模与仿真

履带车辆动力学的计算或仿真较轮式车辆更为复杂.本文利用大型复杂系统动态仿真与设计软件ADAMS/ATV,充分考虑碰撞、摩擦等复杂因素的存在,建立了包括车体悬挂系统和推进装置的整车模型、路面模型的虚拟样机.该模型可以研究车辆在不同路面、不同的车速和使用条件下的动力学性能.在实车生产出来之前对车辆的性能进行预测能够提高设计水平、降低研制成本、缩短开发周期.     

十自由度车-轨耦合仿真分析

文章以十自由度车轨耦合模型为例,探究由轨道不平顺所导致车-轨耦合垂向振动的问题,由功率谱密度计算确定了轨道不平顺并以此作为激励源,计算分析车辆与轨道之间的垂向耦合振动响应。通过MATLAB仿真结果图分析得出,轨下的高底不平顺主要影响的是构架和轮对的振动频率,对车体的影响并不大,因此要减轻车-轨系统的振动主要从一系悬挂和轮轨的接触两个方面考虑。     

我国干线轨道谱理论分析及试验研究

运用车辆、轨道耦合大系统思想,将轨道高低、水平、方向和轨距四种不平顺视为平稳的各态历经随机过程,进行了车辆、轨道系统的动力学分析,仿真计算了250 km/h速度的高速铁路轨道不平顺管理的安全目标值。同时利用线路试验和滚动振动台试验探讨我国干线轨道谱与国外典型轨道谱的区别与联系。     

高速轨道结构振动及传递特性

高速列车的快速发展使板式无砟轨道得以广泛应用。利用有限元分析软件ANSYS和多体动力学软件SIMPACK,建立车辆-弹性轨道耦合动力学模型,分析车辆运行的安全性和平稳性,研究轨道系统的位移、加速度、加速度功率谱密度、载荷特性,以及不同速度对轨道系统的振动影响,并对系统振动的主要影响因素进行初步探究。结果表明,轨道结构的垂向振动位移、加速度及载荷在由上至下传递过程中呈递减趋势,且钢轨到轨道板的衰减幅度大于轨道板到底座;轨道系统的振动能量主要集中在0~150 Hz范围内,大于300 Hz的钢轨振动能量经扣件衰减后基本未被向下传递,且速度升高,功率谱密度峰值出现的位置向右移动;速度为300 km/h时,钢轨垂向加速度功率谱密度小于100 Hz的峰值频率主要与钢轨固有模态有关,大于100 Hz的峰值频率呈倍频关系,且与轨道系统固有属性相关。联合仿真提高了研究效率,揭示了车辆-轨道系统的垂向振动特性及传递规律,为工程应用提供了参考依据。     

泵源与机体共同激励下液压管路振动特性

车辆液压系统在工作过程中会受到车体振动与泵源液压脉动双重激励的影响,对压力波的传递及管网的振动产生重要影响。针对车辆液压系统泵源激励和车辆机体激励产生的振动进行分析,研究多源激励下管路的振动规律及压力波的传递规律。首先对泵源与机体共同激励下管路振动的计算方法进行了分析,将流体域动力学方程与固体域动力学方程进行组合,建立了流固耦合的总体动力学方程,然后对方程进行离散求解。基于理论推导,采用数值模拟的方法对液压管路的振动进行了分析,研究发现,液压系统在泵源谐波激励下的振动响应表现为宽频域的强迫振动,其谐波频率与泵源流体压力脉动频率保持一致,当泵源产生的压力脉动频率与液压管路的固有频率接近时,会激起管路结构大幅度共振响应。     

Nonlinearity and non-stationarity analysis of dynamic response of vehicle–track coupling system enhanced by Huang transform

A method is proposed to analysis the nonlinearity and non-stationarity of dynamic response of high speed vehicle–track coupling system, to understand the properties of signal and its underlying physical meaning. First, a space coupling model of high speed vehicle–track system is built according to the theory of coupling dynamics of vehicle–track system. Then, the dynamic response of vehicle–track system is processed by Ensemble Empirical Mode Decomposition (EEMD) to generate the intrinsic mode functions (IMFs). Next, the “Direct Quadrature” (DQ) method is used to calculate the local instantaneous frequency and instantaneous amplitude of the IMFs, the generalized zero-crossing method and the full wave zero-crossing method are applied to calculate the mean local frequency of the IMFs. Finally, the index and degree of nonlinearity and non-stationarity based on intra-wave frequency modulation (the deviation of the instantaneous frequency from the generalized zero-crossing frequency) and inter-wave frequency modulation (the deviation of the instantaneous frequency from the full wave zero-crossing frequency), are defined to quantify the nonlinearity and non-stationarity of dynamic response. The usefulness and capability of the proposed method are displayed through two cases, which are considered general enough to be the representatives of nonlinear and non-stationary dynamic response of vehicle–track coupling system.     

基于轨道振动理论的梯形轨枕轨道钢轨波磨研究*

研究半径为350 m梯形轨枕曲线轨道上波磨的成因。借助于现场观察和测量,获得波磨的特征参数。调查区段车辆运行速度在35 km/h左右,该波磨的主波长为60~100 mm,其通过频率为110~180 Hz;次波长为30 mm,其通过频率为324 Hz。结合轨道结构振动理论对波磨成因进行预测分析。根据结构特征建立梯形轨枕轨道三维有限元实体模型,利用此模型分析轨道结构的固有特性与波磨通过频率的内在联系,对波磨的成因做出初步解释,利用该模型计算分析白噪声激励下轨道结构的频响特性,进一步揭示波磨形成的机理。将理论计算结果与现场测试数据比较,两者相吻合。研究表明,车辆通过梯形轨枕轨道时,容易引起钢轨相对于轨枕的垂横向弯曲振动,从而加剧轮轨粘滑振动,加速了该轨道曲线段波磨的形成和发展。     

轨道不平顺影响下高速列车齿轮传动系统的振动特性分析

为了分析高速列车齿轮传动系统在轨道不平顺激励影响下的振动特性变化规律,利用动力学软件SIMPACK建立包含齿轮传动系统的整车动力学模型,分别在大、小齿轮内部布置测点,进行无轨道不平顺和有轨道不平顺工况下的动力学仿真实验,获得高速列车时速250 km/h时大、小齿轮的振动加速度。对大、小齿轮横向、纵向和垂向振动加速度幅值进行频域分析,并对比分析了齿轮传动系统在有、无轨道不平顺工况的振动幅值、频谱分布。结果表明,由于轨道不平顺激励的影响,高速列车齿轮传动系统的横向、纵向和垂向振动加强,振动加速度均增幅明显,其中,垂向振动加速度变化幅值最大。齿轮传动系统的振动频率主要集中在0~400 Hz,小齿轮和大齿轮横向振动受轨道不平顺的影响规律一致,但小齿轮受到纵向振动的影响略小于大齿轮,小齿轮受到垂向振动的影响略大于大齿轮。     

汽车空调实验装置振动的频域分析

利用动态系统的频域分析方法对汽车空调实验装置中制冷压缩机的振动进行了研究,制冷压缩机整机振动的频域特性表明其与振动的固有特性和压缩机的工作转速相关.在整机振动控制过程中,根据频域特性提出了控制策略,从而确保了实验装置制冷系统的安全运行,使机组振动与噪声得到了有效的控制.     

传感器振动对柴油机瞬时转速测量影响的仿真研究

柴油机瞬时转速信号包含大量机器故障信息,但高精度测量非常困难,传感器和测速齿轮相对振动就是其中一个重要影响因素。分析了相对振动误差的来源和构成,并得到了在振动干扰下磁电式传感器输出信号的理论表达式;仿真计算结果表明传感器与齿轮切向振动产生的频率调制因素对于瞬时转速测量影响最大,法向振动产生的附加波形因素对测量影响明显,幅值调制因素对于瞬时转速测量影响较小。