基于ANSYS与EDEM耦合的有砟轨道结构力学特性研究

通过离散元软件EDEM和有限元软件ANSYS的耦合模块,实现离散元与有限元的耦合分析。利用离散元软件EDEM建立有砟轨道三维离散元模型,模拟分析散体道砟颗粒和轨枕的相互作用力,利用有限元软件ANSYS分析结构件轨枕的变形和应力情况。通过建立跟实际模型相近的1节车厢下的轨道结构,利用ANSYS分析单个轨枕上的应力情况得到单根轨枕的载荷值,离散元软件EDEM将单根轨枕的载荷值作为边界条件施加在轨枕上进行离散元仿真,将离散元仿真结果中散体道砟颗粒对轨枕的反作用力数据导入到有限元软件ANSYS中,对轨枕进行静力学分析,分析结构件轨枕的变形和应力情况。     

市域快线现浇钢弹簧浮置板轨道动力性能研究

为了验证长度为25 m现浇钢弹簧浮置板轨道在市域快线轨道交通中的适用性,基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立CRH6动车-现浇钢弹簧浮置板轨道耦合动力学模型及其数值方法.通过仿真计算,对快速行车条件下现浇浮置板道床与列车的耦合动力学性能进行仿真分析,评估长为25 m现浇钢弹簧浮置板道床高速行车的安全性、舒适性和稳定性,重...     

动力稳定车稳定装置建模及参数优化

为了能够使动力稳定车在不同压实阶段实现最有效的作业,通过建立“稳定装置-道砟”四自由度动力学模型,分析得到激振频率与轨枕与道砟间相互作用的关系。采用Matlab软件计算并对激振频率进行优化,得到轨枕对道砟间最大激振力且稳定装置不发生侧翻时,稳定装置的最佳振动频率,为稳定装置在不同压实阶段下参数优选提供数值依据。结果表明,激振频率越高,并不意味着轨枕与道砟作用力就最大。     

铁路散体道床捣固作业的离散元分析

捣固作业是铁路散体道床养护维修作业中一项重要的工作,由于铁路散体道床是由形状大小各异的散粒体道砟组成的,这就给捣固效果的研究带来了一定的困难。为了从微观尺度上对铁路散体道床捣固作业进行研究,运用离散元分析方法,创建了铁路散体道床捣固作业的离散元分析模型,分析了捣固作业过程中道砟的流动趋势和道床的密实程度。分析表明,在捣固作业过程中,轨枕之间的道砟向轨枕下方有空隙的地方流动,轨枕下方捣固区域的道床密实程度得到了提高。     

基于ANSYS Workbench的热结构耦合变厚度轴向运动梁动力学研究

以变厚度轴向运动梁为对象,研究了梁在热结构耦合条件下的动力学特性。采用有限元软件ANSYS Workbench对变厚度轴向运动梁进行热结构耦合分析。结果表明,随着温度的升高,梁的应力应变逐渐增大;梁的厚度比、运行速度对其应力应变也有影响,厚度比越小,应力应变越大,速度越大,应力应变越大。该研究结果对变厚度轴向运动梁的实际生产和应用具有一定理论指导意义。     

基于ADAMS的捣固装置运动特性分析

捣固装置是捣固车的核心部件,它利用压力和振动原理对石砟产生作用,使轨枕下部石砟重新排列并紧固密实,从而提高了铁路线路的稳定性。作为捣固车的核心设备,捣固装置通过压力和振动来实现铁路道床石砟的捣固作业,本文以Plasser公司的捣固装置为例,利用ADAMS软件建立捣固装置的运动学模型并对其运动特性进行分析。     

中置轴列车行驶稳定性分析

针对中置轴列车行驶过程中出现的失稳现象,建立中置轴列车的数学模型和动力学仿真模型.在70 km/h和50 km/h的行驶速度下对阶跃工况、蛇形工况和双移线工况下的侧向加速度、侧倾角和横摆角速度进行了仿真分析,并进行阶跃工况和双移线工况下的行驶稳定性试验.仿真与试验结果表明,相同速度下牵引车的最大侧倾角大于挂车;挂车的最大侧向加速度和最大横摆角速度均大于牵引车,挂车存在明显的尾部放大效应,行驶速度越快,动力学参数放大效应越明显;中置轴列车行驶过程中后方挂车各动力学参数响应较牵引车时间上存在明显的延迟,列车行驶速度越快,挂车响应延迟时间越短,稳定性越低,侧翻风险越大;相同行驶速度下牵引车和挂车最大侧向加速度、最大侧倾角和最大横摆角速度均出现在双移线工况下,双移线行驶工况下中置轴列车稳定性较低,侧翻风险更高.     

列车轮盘制动系统的热-机耦合分析

利用有限元软件ABAQUS对列车轮盘制动进行热机耦合分析。分析制动过程中,制动盘、螺栓紧固件等部件的温度、接触力、应力及应变的变化情况,并分析在不同列车速度、不同轴重以及两次连续制动的情况下制动盘表面温度的变化。结果表明:制动过程是一个快速升温,缓慢降温的过程,螺栓根部的应力最大;随着列车速度及轴重的增加,制动温度均呈线性增加,但在不同列车速度下,达到最高制动温度的时刻点是不同的;两次连续制动时,制动盘表面温度有两个峰值,其中第二次制动时的最高温度比第一次要低,但达到最高温度的时间更短。     

连续多桥墩沉降与高速列车动态特性间的定量关系研究

高速铁路桥梁施工及运营过程中难免出现桥墩沉降,可能会导致列车通过时的异常振动.针对高速铁路连续桥墩沉降这一实际问题,探讨多桥墩沉降条件下轨道结构变形过程,并推导连续多桥墩沉降下钢轨变形方程.基于车辆-轨道耦合动力学,建立考虑多桥墩沉降的高速列车-轨道-桥梁动力学模型,并研究连续多桥墩沉降下高速列车的动态特性,探明列车动态特性变化情况与多桥墩沉降量之间的定量数学关系式.研究表明,连续多桥墩沉降会增大列车的振动;连续多桥墩沉降引起的钢轨附加变形对里程的二阶导数与车辆动态特性之间存在线性关系,该关系可用于简化传统车轨桥研究中的相关计算过程;基于列车运行安全平稳性指标,桥墩不均匀沉降应控制在26.3 mm以内,表明我国高速铁路中5 mm的桥墩沉降标准具有较高的安全余量.     

偏心效应下大范围转动弹性梁振动特性分析

计及转子偏心效应,借助转子动力学理论,应用Galerkin法和Hamilton原理建立电机-弹性梁系统动力学模型;采用Runge-Kutta法实现动力学解耦,解析不同速度下大范围转动弹性梁的动力学特性,对比分析电机转子动偏心、静偏心与转动梁振动特性的耦合关系。研究结果表明：转子动偏心与系统动力学响应呈现强耦合,动偏心距达到0.5 mm时,转动梁振幅高达2 mm;而静偏心距由0 mm增至0.5 mm时,其振幅均为0.178 mm,后续研究可忽略静偏心因素;随着角速度提高至150 rad/s时,在转子动偏心的作用下,弹性梁振动由周期振动变为非周期振动,也是该类机构高速下呈现不同程度的突发性或间歇性振动的主要原因之一。     

不同轨道结构形式下地铁车辆部件振动及应力分析

国内某地铁线路主要存在普通短轨枕整体道床、12 mm弹性短轨枕整体道床、18 mm弹性短轨枕整体道床三种轨道结构形式,为了研究不同轨道结构形式下车辆部件振动加速度及应力的差异,通过现场测试和数值分析的方法,对该地铁车辆部件运行状态及特性进行调查。通过对比测试数据发现,在该线路普通短轨枕整体道床上运行时,车辆部件振动加速度RMS值、一系钢弹簧应力RMS值均超过其他两种轨道结构形式上测试结果的两倍,在不同轨道结构形式下,车辆部件振动加速度、一系钢弹簧应力测试数据的特征峰值频率均与对应区段轨道表面不平顺通过频率吻合。基于线性累计损伤理论,结合一系钢弹簧应力测试结果计算弹簧疲劳寿命发现,在12 mm和18 mm弹性短轨枕整体道床线路运行时,弹簧的疲劳寿命达到设计要求;在该线路普通弹性短轨枕整体道床线路运行时的弹簧疲劳寿命远小于其他两种轨道结构形式下的计算结果,仅9.77万公里。     

车辆-轨道垂向耦合系统空间频域传递特性研究

基于车辆-有砟和无砟轨道垂向耦合系统模型,建立由轮轨垂向激励到车辆和轨道部件位移和加速度等状态变量的解析形式的瞬态空间频域传递函数。在此基础上,研究不同轨道系统下,车辆各部件加速度频域传递特性以及轨下各部件间作用力频域传递特性的异同点。给出为准确获得系统频域传递特征,有砟轨道系统下钢轨模态数与支撑轨枕数的合理比例关系。对比匀速和变速过程中构架加速度空间幅频传递特性的差异。研究结果表明,速度为250～350 km/h条件下,车辆部件振动加速度的传递特征峰值区主要包括空间频率为0.4～1 (1/m)和6～8.5 (1/m)的两段。有砟系统下,轮轨力传递特性峰值主要集中在0.8～1.6(1/m)的频段;无砟系统下,轮轨力传递特性峰值包括空间频率为0.7～1.2 (1/m)和4～8 (1/m)的两段。随运行里程的增加,变速工况下传递特性,各条带向空间频率减小方向移动,且条带频率越高,这种移动的趋势越大。     

地铁梯形轨枕轨道的振动特性分析

为了研究梯形轨枕轨道在地铁列车以60 km/h速度运行时的振动特性,建立了梯形轨枕轨道的三维有限元振动模型。分析了梯形轨枕轨道在轮轨粗糙度激励下的振动响应特性。通过与普通地铁轨道进行对比,可知梯形轨枕轨道具有良好的减震能力。     

BS-1200型边坡清筛机旋转输送带液压系统设计改进

BS-1200型边坡清筛机用于轨道道床边坡道道砟清筛,具有道砟挖掘、输送、筛分、回填、污土输送、道床整形和轨枕清扫等作业功能,它能够把一侧或者两侧边坡挖掘出的道砟输送到筛分装置上,再把筛分后的道砟回填到边坡上。其液压系统结构复杂,调试困难,在使用和保养过程中也最容易出现故障,若不能及时处理故障,不仅影响作业任务,更会占用线路,影响其他货运、客运列车通行。现对边坡清筛机在使用过程中出现的问题进行分析和阐述,提出可行的改进方案。为尽量减少整车液压系统的改动,通过加装分流阀和改动部分液压管路,实现输送带改进设计后的功能,既满足了整车作业条件,又实现了列车作业的可靠性。     

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.     

轮轨激励对高速列车轴装制动盘热-机耦合疲劳分析

为研究轮轨激励对高速列车轴装制动盘热-机耦合疲劳影响,建立高速列车制动盘动力学模型和三维瞬态热-机耦合有限元模型,对紧急制动工况下轴装制动盘振动特性和热-机耦合特性进行计算分析。结果表明,高速列车制动盘在垂向上的振动加速度值最大,横向上最小,且振动形式以制动抖动为主,在0～100 Hz范围抖动最剧烈;与无轮轨激励工况相比,有轮轨激励的轴装制动盘表面温度升高得既快又高,在散热时,温度下降也更快;摩擦面总体呈现三个环状温度分布,在摩擦半径中心处制动盘表面温度比两侧温度高,在三个不同的摩擦半径上,温度呈现梯度分布;有、无轮轨激励工况下制动盘表面的疲劳损伤和疲劳寿命的分布云图与制动盘表面的温度场分布情况基本一致,且热应力越大制动盘表面的疲劳损伤越严重,疲劳寿命越短。     

考虑身管初始挠度的弹炮耦合振动特性分析

为研究火炮发射过程中运动弹丸激励下的身管振动特性,以某型火炮为例,基于Euler-Bernoulli梁理论,建立考虑身管初始挠度的移动弹丸-弹性身管耦合振动方程,利用模态叠加法对方程进行求解。基于有限元软件Abaqus以及动力学分析软件Adams建立相应考虑初始挠度的刚柔耦合动力学模型,并对数值计算的结果进行验证。在模型的基础上,对弹丸速度和弹丸质量影响炮口振动特性的规律进行分析。结果表明对于在运动弹丸激励下身管振动问题,身管初始挠度对振动分析结果的影响很大,不可忽略。在考虑身管初始挠度的情况下,弹丸速度越大,对弯曲身管的校直作用越明显,炮口振动幅值越大;弹丸速度一定时,弹丸质量越大,炮口振动幅值越大。     

山地（齿轨）轨道交通牵引齿轮-齿轨啮合动态响应特性研究

牵引齿轮齿轨作用系统是齿轨列车在大坡度地段运行时的主要承载结构,其动态啮合状态将对齿轨列车安全平稳运行有较大影响。围绕国内首条齿轨列车试验线工程,基于多体动力学理论及齿轮传动动力学理论,以Strub齿轨结构为研究对象,进一步建立了具有35个自由度的车辆-齿轨系统耦合动力学模型。采用美国五级谱为不平顺激励输入,重点探究了坡度、运行速度对齿轨啮合力及接触压力的影响规律,对比分析了不同齿形及实际啮合中心距下的齿轨动力特性。研究结果表明：同等坡度下齿轨动力特性随着速度的提升逐渐恶化,坡度越大则动力响应越明显;斜齿作用下的齿轨动力响应小于直齿系统,啮合力及接触压力分别降低33.51%与38.97%;牵引齿轮与齿轨间的实际啮合中心距越小,则动力响应越大,最大增幅约为22.06%。     

基于刚柔耦合与联合仿真的动车组刮雨器动力学研究

结合多柔体动力学理论和ADAMS、ANSYS软件,建立动车组刮雨器关键部件柔性体的刚柔耦合运动学、动力学数学模型,基于虚拟样机仿真的力学参数导入动力学模型,形成了刚柔耦合仿真模型。分析了四连杆急性回转特性在1个周期内角速度方向改变2次所产生的瞬间冲击力对整体系统的影响,结果表明,当转动板连杆重合和共线状态时,角速度及角加速度变化特性和关键部件强度均满足设计要求,同时刚柔耦合联合仿真的方法为后续产品设计和优化提供了理论依据。     

非线性变形的平面柔性梁在非惯性系下的动力学分析

针对大范围运动已知的平面柔性梁结构建立了动力学方程。经过分析,提出了非线性精确模型,采用有限元方法对梁结构进行离散,利用Lagrange方法建立了系统的精确动力学方程。与原有一次耦合模型相比,该模型中各项矩阵新增了两类耦合项:基点速度和角速度耦合项和变形耦合项。通过仿真计算,比较其动力学特性与零次、一次耦合模型的差异,确定各种耦合项的作用,并进行了定性分析。