抗蛇形减振器失效对车辆动力学性能的影响

为研究高速动车组车辆动力学性能对抗蛇形减振器失效的敏感性,以国内某型高速动车组为研究对象,以其实际动力学参数为依据,建立该型动车组的整车动力学模型。对抗蛇形减振器不同失效形式下的车辆动力学性能进行研究,结论认为：抗蛇形减振器失效对车辆动力学性能尤其是对列车的横向动力学性能影响显著;当列车行驶速度在250~380 km/h时,车辆系统动力学性能各项指标随列车行驶速度的增大而增大,随抗蛇形减振器失效个数的增加而增大。     

基于遗传算法的高速列车头型多目标优化

高速列车的气动阻力与列车的外形,特别是头部外形有着密切的关系.为了改善列车气动性能降低列车运行的气动阻力,建立高速列车的三维参数化模型,以高速列车头部所受的阻力和升力为优化目标,通过FLUENT软件与Isight软件多学科优化联合仿真分析方法,利用Sculptor软件对车头部分网格自动变形,基于计算流体力学,实现对高速列车流线型头型进行减阻的多目标自动优化设计.优化完成后,得到影响优化目标阻力和升力的关键设计变量,并对优化设计变量和优化目标之间的非线性相关性进行分析.通过对比原始流线型列车气动性能发现,列车头部的长度对阻力的影响比较大,列车头部的高度能够对列车所受到的升力产生较大的影响.     

横风下高速列车系统动力学的平衡状态法

基于车辆-轨道耦合动力学和空气动力学提出了一种快速计算横风下高速列车系统动力学行为的平衡状态方法.首先,忽略轨道不平顺并利用流固耦合联合仿真方法计算横风下高速列车的平衡状态;然后,将平衡状态下的气动力加载到车辆-轨道耦合动力学模型并计算高速列车动力学响应.利用建立的平衡状态方法,研究了列车在速度为13.8 m/s的横风下以350 km/h速度运行时的流固耦合动力学行为.比较了平衡状态方法和联合仿真方法两种方法下列车姿态、安全性和舒适性指标的差异,计算结果差别在3.26%以内.研究结果表明:平衡状态方法计算横风下高速列车流固耦合的效率更高.     

高速列车车内低频气动噪声预测

为研究气动载荷下高速列车的车内低频噪声,建立高速列车空气动力学模型,采用大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)法计算中间车的表面脉动压力.将脉动压力加载到高速列车的有限元模型上,通过瞬态分析得到车体的振动位移响应;将位移响应作为边界条件,采用边界元法(Boundary Element Method,BEM)分析车内噪声.结果表明：车窗振动位移最大,车顶和车底次之;中间车车厢的两端声压比中部大;在低频范围内,车厢内声压呈强弱交替分布,声场强弱界限较明显,且随着频率的增大,沿车体纵向和横向干涉条纹增多;车内低频气动噪声随速度二次方的增大而增加.     

标准动车组轮轨载荷特征及影响因素研究

随着列车速度的不断提高,轮轨与线路之间的作用力加剧,轮轴的工作状况愈加恶劣,而轮轨载荷与高速轨道交通系统的安全性和可靠性紧密相关.本文以国内某型动车组轮轨载荷为研究对象,制作了测力轮对,在大西线上完成了线路测试.对获得的轮轨力时间历程进行数据处理,并按不同速度等级、线路区段、每一趟往返等不同工况进行抽样和统计,编制64级时域载荷值谱和峰谷值谱,分析其变化趋势及原因.结果表明,轮轨垂向载荷一般为正态分布,波动中心为静轮重;横向力一般围绕零值波动.列车运行速度对轮轨垂向力和横向力波动范围影响明显,且速度越高,波动范围越大.列车上下行工况对轮轨力几乎无影响.曲线半径越小,轮轨力变化越大.车辆空载和满载状态对轮轨垂向力有影响,对横向力影响不明显.本文得出的载荷特征及影响因素为后续轮轨疲劳及动力学研究提供试验和理论基础.     

机器人机构的精度优化设计

本文应用最优化技术,确定能满足机器人绝对精度要求的,并使制造成本最低的连杆参数的最优公差值.建立了机器人机构精度优化设计的数模,并针对一个带闭链的五自由度机器人,在不同精度指标,不同概率水平以及不同原始误差分布下,进行了连杆参数公差的优化计算。     

高速列车多目标约束横向半主动控制算法研究

传统的高速列车横向半主动控制研究,主要以提高车体横向运行平稳性为目的;但车体与各部件之间通过二系悬挂与一系悬挂连接传递相互耦合振动作用,因此半主动控制在改善车体横向平稳性的同时,将导致构架横向振动和轮轨横向作用加剧,从而使得列车脱轨系数增大,列车运行安全性能变差;针对这一问题,提出在虚拟惯性阻尼半主动控制和脱轨安全半主动控制的基础上,设计两个控制回路的多目标约束下的混合半主动控制算法,在实现列车横向半主动控制提高平稳性的同时,控制脱轨系数的恶化,从而同时提高列车平稳性和脱轨安全性能;并利用Simpack建立了某型高速列车多刚体动力学模型,联合Matlab/Simulink建立了联合仿真分析系统对车体横向半主动控制进行研究;结果表明:采用多目标约束半主动控制算法后,车体横向振动加速度峰值和均方根值分别降低了36%和34%,平稳性改善了15%,脱轨系数减小了17%;可见采用多目标约束半主动控制算法不仅能够有效抑制车体横向振动,改善列车运行平稳性,而且还能减小列车脱轨系数,提高列车运行安全性。     

高速列车振动监测数据的广义维数特征提取

为监测高速列车的运行状态,采用多重分形分析列车振动监测数据,提取一种基于多重分形理论的广义维数谱参数(谱最大值Dmax、谱最大值与最小值之差△D和谱均值-D),以3种广义维数谱参数作为特征量,实现对列车正常状态、空气弹簧失效、抗蛇行减振器失效和横向减振器失效状态的表征.实验结果表明,Dmax、△D和-D均能够表征高速列车的运行状态且具有一定稳定性,为高速列车运行状态的识别提供了一种有效的方法.     

变轨距货车转向架的动力学分析

建立了考虑轮轴间隙的三大件式变轨距货车转向架动力学模型,研究车辆在准轨和宽轨线路上的动力学性能和LM踏面在不同轨距线路上的轮轨接触关系.考虑轨距为1435mm和1520mm、轨底坡为1/40和1/20、标准和打磨后的多种钢轨廓形与LM踏面匹配,发现LM踏面对两种轨底坡的兼容性较好,而踏面磨耗后对轨底坡变化较敏感;LM踏面在准轨线路上对轮轴横向间隙比较敏感,而在宽轨线路上则不存在这个问题.轮轴之间的横向和旋转间隙会导致车辆临界速度降低,建议控制间隙在0.6mm和0.5mrad以内;轮轴间隙不影响车辆运行安全性和平稳性,且在准轨和宽轨线路上的动力学指标基本无差异.变轨距车辆运行过程中,轮轨横向力和纵向蠕滑力会导致轮轴横向间隙和旋转间隙动态变化,变化量为间隙值;给出轮轴间隙与轮轨载荷的正态分布统计,发现轮轴间隙载荷与轮轨载荷相当.     

一种新型两自由度柔性并联机械手的优化设计

对一种新型高速并联机械手,在弹性动力学层面上以系统的动态性能为优化目标对其截面参数进行优 化设计．首先,利用有限元法建立系统的弹性动力学方程．然后,研究分析了系统第一阶固有频率对截面参数的灵 敏度,以便确定设计变量．最后,分别采用了两套优化设计方案对系统进行优化设计．结果表明这两种方案都能满 足设计要求．     

基于不完备信息系统的高速铁路舒适性评价规则优化方法

随着我国高速铁路的快速发展,对高速列车舒适性的研究显得十分重要。本文在基于粗糙集理论和模糊理论的高速铁路舒适性综合评价模型的基础上,利用粗集理论及不完备信息系统理论,构建了一种评价规则的提取和优化方法,通过实例分析,产生满意的约简规则,从而能够快捷迅速地指导舒适性的评价,进一步提高了系统的可靠性和适应性。     

随机Petri网理论在GSM-R通信系统中的仿真应用

列车和无线闭塞中心在多数情况下通信处于正常状态,但在实际通信过程中可能出现以下几种引发故障因素：传输数据出错、连接丢失、越区切换、端到端传输延时。应用仿真主要考虑高速列车在移动闭塞区间条件下GSM-R无线通信系统的可靠性,结合随机Petri网理论对GSM-R铁路无线通信系统故障恢复事件进行建模和分析,给出了随机Petri网表示的列车与无线闭塞中心通信的故障恢复模型,并采用TimeNET仿真工具对GSM-R通信系统的可靠性进行分析得出相应结论。     

基于数据驱动的CRH高速列车悬挂系统早期故障检测

作为CRH(China railway high-speed)高速列车的重要组成部分,悬挂系统的可靠性对列车的安全运行和乘坐舒适性具有重要意义,为此,利用悬挂系统传感器数据,提出一种基于数据驱动的早期故障检测方法.首先,根据系统动态搭建列车悬挂系统Simpack模型,其中作动器的主动控制力作为系统输入,轨道不平顺由不平...     

服役工况下的高速列车轴承温度预测模型构建

轴承温度预测对高速列车服役状态的评估以及运维策略的制定具有重要作用.针对复杂服役环境下的高速列车轴温预测问题,首先构建了轴承热力学近似计算模型,并分析了引起轴承温升的服役工况敏感参数,再利用支持向量机回归的方法建立了基于服役工况参数的轴承温度预测模型.对高速列车轴承履历服役数据进行统计分析,构建轴承温升相对速度变化的延...     

基于柔性轮对的轨道车辆动力学仿真分析

为研究柔性轮对对轨道车辆动力学性能的影响,应用ANSYS创建轮对实体有限元分析模型,并选用Guyan缩减法和Lanczos分块法对其进行子结构模态分析.联合SIMPACK创建柔性轮对车辆仿真模型,此模型的构架、车体等部件仍视作刚性体.与刚体车辆仿真模型对比分析出在中国高铁谱和美国六级谱激励作用下两模型的动力学性能的差异.分析结果表明:轮对采用柔性体的车辆非线性临界速度较全刚体车辆的非线性临界速度稍稍降低.在两激励线路下,轮对采用柔性体对车辆的平稳性和曲线通过性能也有一定程度的影响.     

基于两阶段分布鲁棒优化的列车停站方案与时刻表协同研究

列车停站方案与列车时刻表协同优化能够克服两者单独优化难以实现系统最优的弊端,从而可以得到旅客满意和企业期望的运营方案.首先,针对多场景不确定旅客需求概率分布信息已知的情形,综合考虑轨道与车站站线占用等约束,以极小化列车总行程时间、各场景未被满足旅客需求以及列车冗余之和为目标,构建列车停站方案与时刻表两阶段随机规划模型.在此基础上,进一步考虑旅客需求场景概率分布信息部分已知的情形,构建与之相对应的两阶段分布鲁棒优化模型.其次,借助L∞范数非精确集,将所构建的列车停站方案与时刻表两阶段分布鲁棒协同优化模型转换为等价的混合整数线性规划模型,并利用Visual C++平台调用GUROBI进行求解.最后,将所构建模型应用到武汉-广州高速铁路走廊上验证其有效性,结果表明,相比于随机优化模型,分布鲁棒优化模型只需付出较小的代价,即可抵御旅客需求概率分布不确定性带来的影响,且可以改善最坏情形下解的质量,为得到鲁棒性较强的铁路列车停站方案与时刻表提供一定的理论依据.     

直线轨道涡流制动对高速列车制动动力学特性的影响

列车制动性能直接影响车辆运行安全性和平稳性、稳定性,本文研究了加装直线轨道涡流制动系统对不同动力分配方式的高速列车制动动力学特性的影响规律.首先建立了6M2T和4M4T两种编组方式的列车动力学仿真模型,并与线路实验数据进行对比,验证了模型的有效性.基于该模型,研究了不同时速下的列车在不同动力分配形式下的动力学特性.针对惰行工况、电空制动工况与加装直线轨道涡流制动系统的联合制动工况,分别研究了第1、5、8节车厢的Sperling 指标、脱轨系数、轮重减载率、轮轨作用力的变化规律,研究结果表明,动力分配方式、制动特性对车辆动力学性能有显著影响,涉及的关键动力学性能指标均满足安全限值标准,研究结果将为高速列车加装直线轨道涡流制动系统提供理论参考.     

Reliability analysis of structures with complex limit state functions using probability density evolution method

In reliability-based structural analysis and design optimization, there exist some limit state functions exhibiting disjoint failure domains, multiple design points and discontinuous responses. This study addresses this type of challenging problem of reliability assessment of structures with complex limit state functions based on the probability density evolution method (PDEM). Probability density function (PDF) of stochastic structures under static and dynamic loads can be acquired, which is independent of the specific form of limit state functions. Numerical results of several typical examples illustrate that, the time-invariant and instantaneous PDF curves and failure probabilities of stochastic structures with disjoint failure domains, multiple design points and discontinuous responses are calculated effectively and accurately. Moreover, the PDEM is validated to be more efficient than the Monte Carlo simulation and the subset simulation, and is a feasible and general approach to tackle the reliability analysis of complicated problems. In addition, the influence of random design parameters of structures on uncertainty propagation is also scrutinized.     

Stochastic Subset Optimization for reliability optimization and sensitivity analysis in system design

Design problems that involve the system reliability as the objective function are discussed. In order to appropriately address the challenges of such applications when complex system models are involved, stochastic simulation is selected to evaluate the probability of failure. An innovative algorithm, called Stochastic Subset Optimization (SSO), is discussed for performing the reliability optimization as well as an efficient sensitivity analysis. The basic principle in SSO is the formulation of an augmented problem where the design variables are artificially considered as uncertain. Stochastic simulation techniques are implemented in order to simulate samples of these variables that lead to system failure. The information that these samples provide is then exploited in an iterative approach in SSO to identify a smaller subset of the design space that consists of near-optimal design variables and also that has high plausibility of containing the optimal design. At the same time, a sensitivity analysis for the influence of both the design variables and the uncertain model parameters is established.     

基于蚁群优化算法的高速列车运行调整研究

高速列车在运行过程中不可避免地会受到各种各样因素的影响,导致大量的高速列车出现晚点状况,影响高速列车的运行效率。为了保证所有的高速列车能够按照正点运行,对蚁群算法进行改进,引入混沌序列,优化蚂蚁的选路策略,建立以加权后列车总晚点时间最少为目标的高速列车运行调整模型,并且按照相应的约束条件对高速列车运行调整模型进行求解,实现对晚点高速列车运行图的快速调整。最后,通过比较算例得出,该算法能够有效解决高速列车运行调整问题。