列车车体结构一阶垂向振动参数研究

基于欧拉-伯努利梁理论,建立了等效车体结构垂向参数的计算参数化模型。为了更精确地计算出车体结构的一阶垂向振动弯曲频率,根据车体截面的不同,将其分成若干段,获取分段的截面信息;基于分段的不平均程度推导出了具有收敛系数的车体一阶垂向弯曲频率修正公式,大大提高了车体的一阶垂向振动弯曲频率解析计算精度。分别以某型地铁车和高速列车车体结构的一阶垂向振动弯曲频率计算为例,对公式的关键参数进行了分析与应用,计算结果表明:公式解析解与有限元解之间的误差分布为2.05%和4.59%,且高速车与其模态实验结果相差1.18 Hz,证明了车体一阶垂向振动弯曲频率修正公式的有效性。     

列车车体扭转振动灵敏度分析

首先介绍了灵敏度分析的基本原理,然后基于一维波动方程,导出了标准梁的扭转振动频率方程,结合列车车体中空薄壁型腔截面的特点,根据不同位置的截面特性,将车体分成多段等截面梁,以获取不同车体分段的截面信息。运用刚度串联原理,引入与车体结构特征密切相关的修正系数,得到车体的一阶扭转振动频率方程。以某型高速列车为例,公式的解析计算结果与有限元结果的误差为-2.036%,在工程误差要求范围内。最后,以该解析公式为依据,选取了车体的8组设计参数对车体进行了灵敏度分析,并得到了对车体扭转振动频率影响较大的4组设计参数,为列车车体设计相关工作提供了设计参考依据。     

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。     

新型高速动车组车体结构强度分析及优化设计

介绍了新型动车组车体结构主要技术参数、车体的结构特点及主要零部件等。运用有限元软件对车体进行了有限元建模并基于EN12663标准对车体结构进行了强度和刚度分析,采用基于离散变量的尺寸优化法对结构薄弱处进行改进优化。通过对整车车体进行自由振动模态分析,明确了车体一阶垂向弯曲变形频率和振型,依据车体结构的静强度报告对测试数据和仿真结果进行对比并对试验和计算的差异进行了分析。     

30t轴重浴盆式敞车车体模态分析

利用ANSYS软件建立了30t轴重浴盆式敞车的车体有限元模型,介绍了车体模态分析的基本理论,并用Block Lanczos方法对浴盆式敞车车体进行了模态分析,得到了浴盆式敞车车体的前六阶固有频率及相应振型。分析结果表明：该敞车以横向振动为主,车体的一阶扭转模态频率为5．086Hz,侧墙的一阶横向弯曲模态频率为10．134Hz,振动幅度较大的区域集中在与撑杆相连接的侧墙上。而当振动频率迭到26．939Hz时,浴盆式敞车车体没有出现垂向弯曲振动,说明该敞车车体满足满足AAR《货车设计制造规范》标准的要求。     

采用压电作动器的车体振动主动控制仿真研究

为了提高铁道车辆的运行速度,车体承载结构成轻量化设计趋势,从而导致了车体结构刚度明显降低,垂向弯曲振动十分明显,严重影响车辆运行平稳性和乘坐的舒适性。因此,有必要对车体的垂向弯曲振动要进行有效的控制。采用压电作动器对车体振动进行控制,从而能降低车体的弹性振动。计算结果表明,车体的弹性振动得到了有效的抑制,尤其是对车体振动能量贡献最大的一阶弯曲振动,改善了乘坐的舒适度,从而证实了主动控制的合理性和优越性。     

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。     

高速列车承载结构对车体模态频率的影响

运用Hypermesh软件建立了某型高速列车有限元模型，选定内侧地板、侧墙和车顶作为研究对象，分析了承载结构厚度尺寸的变化对车体一阶垂向弯曲、菱形和扭转变形固有频率的影响。结果表明，车顶厚度的变化对车体模态频率的影响最大，在车体设计时可通过修改车顶的参数来改进车体的模态特性。     

车体刚度对集装箱平车动力学性能影响研究

为研究不同刚度车体结构对车辆系统动力学行为的影响,基于柔性多体系统动力学方法,通过有限元分析软件ANSYS和多体动力学软件SIMPACK,对不同刚度车体集装箱平车的动力学性能进行分析。分析结果表明,有边梁结果车体整体刚度相对于无边梁结构得到提升,同时表现在车体的垂直弯曲振型和扭转弯曲变形上。车体的一阶和二阶垂直弯曲刚度分别对车辆中部和端部垂向振动特性影响较大,具体表现为随着垂直弯曲刚度增大,车辆的运行垂向平稳性趋于优化;对于车辆的曲线通过性能,车体垂直弯曲振型对曲线通过安全性指标没有明显影响,车体的扭转刚度对车辆的曲线通过安全性指标影响较大,具体表现为随着扭转刚度增大,车辆的曲线通过安全性趋于恶化。因此,在进行集装箱平车设计时,应采用柔性体模型引入其刚度特性,并根据使用及线路条件对于车体刚度进行折中设计。     

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。     

轿车白车身结构的相对灵敏度分析

针对白车身力学性能优化的具体问题,在常规优化灵敏度分析的基础上,提出了相对灵敏度的概念.通过考虑设计变量对车身性能影响的相对灵敏程度,以选择更具效率和合理的设计变量进行优化设计.研究结果表明,在优化设计中计入相对灵敏度的作用,可以在车身总质量基本不变的情况下,一定程度上提高了车身扭转刚度和一阶弯曲频率,使车身整体性能更加匹配,优化效果明显.对解决多目标优化设计中存在的优化目标冲突问题亦有参考价值.     

电梯系统垂直振动的频率敏感度分析与鲁棒设计

考虑曳引绳刚度在电梯运行过程中具有变刚度的特性,利用Lagrange方程对电梯系统建立了7自由度的振动微分方程,通过试验设计方法得出随机变量与系统频率响应的数值关系,利用人工神经网络技术获得随机变量与频率响应之间的显性函数关系式。根据激振频率与固有频率之比不超过规定值的关系准则,定义了电梯系统纵向振动的可靠性模式,运用频率可靠性分析方法,提出多频激励情况下的系统的频率可靠性及其敏感度的分析方法。在此基础上,结合可靠性敏感度理论与稳健设计方法,将可靠性敏感度融入到目标优化设计中,建立系统频率可靠性鲁棒设计模型。通过工程算例,将可靠性敏感度理论和稳健设计方法应用到电梯系统设计当中,得到满足鲁棒设计要求的随机参数值。结果表明,该方法具有较高的计算效率和求解精度,可以作为电梯系统稳健设计的理论依据。     

Effect of train carbody’s parameters on vertical bending stiffness performance

Finite element analysis(FEA) and modal test are main methods to give the first-order vertical bending vibration frequency of train carbody at present, but they are inefficiency and waste plenty of time. Based on Timoshenko beam theory, the bending deformation, moment of inertia and shear deformation are considered. Carbody is divided into some parts with the same length, and it’s stiffness is calculated with series principle, it’s cross section area, moment of inertia and shear shape coefficient is equivalent by segment length, and the fimal corrected first-order vertical bending vibration frequency analytical formula is deduced. There are 6 simple carbodies and 1 real carbody as examples to test the formula, all analysis frequencies are very close to their FEA frequencies, and especially for the real carbody, the error between analysis and experiment frequency is 0.75%. Based on the analytic formula, sensitivity analysis of the real carbody’s design parameters is done, and some main parameters are found. The series principle of carbody stiffness is introduced into Timoshenko beam theory to deduce a formula, which can estimate the first-order vertical bending vibration frequency of carbody quickly without traditional FEA method and provide a reference to design engineers.     

复杂隐式极限状态方程可靠性敏度分析新方法及其工程应用

针对复杂隐式极限状态方程，提出了一种新的可靠性敏度分析方法。由求解失效概率的改进一次二阶矩法出发，给出了失效概率对中间变量分布参数偏导数的计算公式；由隐函数求导法则，推导了失效概率对原始基本变量分布参数的敏度与中间变量分布参数对原始基本变量之间的隐式函数关系。采用非线性回归方法建立了近似的二次解析表达式，推导了一般情况下中间变量均值与标准差对原始基本变量均值与标准差的偏导数计算公式，使计算失效概率对原始变量分布参数的敏度成为可能。可靠性敏度分析新方法被应用于某型发动机涡轮盘疲劳失效概率的敏度分析，计算结果与定性分析结果的一致性，说明方法是合理可行的。     

高速铁路客车振动特性试验研究

针对车辆线路跟踪试验所测得的各主要部件的三向振动加速度值,通过时域统计和频域分析方法提取数据的主要特征,探究轮轨激扰产生的振动能量从轴箱到构架、构架再到车体的传递关系。研究结果表明,由于车辆的一系悬挂系统刚度和阻尼比较大,其对于高频垂向振动有明显的隔振减震作用,但对于低频振动的隔振效果有限。二系悬挂系统对于低频振动则具有很好的隔振减震作用,很好地弥补了一系悬挂系统的不足之处,传递至车体的振动能量和幅值都明显成数量级衰减了。     

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%。     

基于有限元法的结构优化与灵敏度分析

探讨了用有限元法进行结构优化与灵敏度分析的一般思路 ;介绍了优化与灵敏度分析的基本理论及利用 I-DEAS软件进行优化的过程。以某轻型客车的车架为例 ,选弯曲刚度、扭转刚度和一阶扭转频率为性能约束 ,根据灵敏度分析结果 ,按高刚度、轻质量的要求 ,选择出有效的设计变量进行了重量最轻或性能最优的结构优化 ,并得出相应的结论。     

高精度内圆磨床结构动态优化设计研究

机床动态优化设计是提高机床加工精度的有效途径。建立了内圆磨床动态优化设计流程，利用灵敏度分析方法，分析了部件筋板布局形式和筋板参数对动态性能的影响。利用模态频率修正技术，考虑部件结构优化时，各部件之间模态频率的分离。部件优化后组成的新磨床与原磨床相比，其第1阶整机固有频率提高17％，对应的第1阶段率的磨头与工件间的振动相对位移量降低10％以上，提高了机床的加工精度，增强了产品的竞争力