基于车体刚体与弹性合成的重型汽车平顺性分析

为了研究重型汽车的平顺性问题,运用两端自由等截面弹性梁理论,建立了车体刚体与弹性合成的4自由度1/2重型汽车振动模型。应用频域分析方法推导了基于前轮的系统频率响应特性和响应量的频率响应特性,确定了响应量的功率谱密度和均方根值。基于车体的刚体与弹性合成模型和刚性模型,采用Matlab开发了相应的重型汽车平顺性仿真程序。通过与刚体模型的平顺性仿真结果对比表明：车体的弹性对重型汽车的平顺性影响很大,在重型汽车的平顺性研究中不能忽略。          

考虑车体刚柔耦合振动的高速铁路轨道不平顺敏感波长研究

随着高速列车的轻量化设计,列车在运行过程中车体的柔性振动也越来越显著,当特定波长的轨道几何不平顺激励频率与车辆系统固有振动频率相近时,将会引起车辆系统与不平顺激励发生共振,从而影响列车运行安全与乘坐舒适度。为研究高速铁路轨道几何不平顺敏感波长,基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立考虑柔性车体的高速列车-轨道耦合动力学模型,系统研究不同类型轨道不平顺波长变化对高速列车动力学性能的影响。在此基础上,分析不同行车速度条件下不同类型轨道几何不平顺的最不利波长和敏感波长范围。结果表明,车体柔性振动对高速铁路轨道几何不平顺敏感波长影响显著;不同行车速度条件下不同类型轨道几何不平顺的最不利波长和敏感波长范围均有所不同;高速铁路轨道几何不平顺敏感波长存在三个显著波段,其中3～10 m的短波敏感波长主要与车体柔性模态相关,10～60 m的中波敏感波长主要与构架刚体模态相关,而60～140 m的长波敏感波长主要与车体刚体模态有关。     

车辆与吊挂设备耦合作用垂向系统振动传递及平稳性研究

基于车辆-无砟轨道耦合系统垂向动力学模型,建立了由轨道不平顺到车体、转向架和各吊挂设备的振动加速度传递函数以及运行平稳性的传递函数,分析了吊挂设备与车体、转向架等主体部件间采用刚性与弹性两种吊挂方式下,车辆系统部件振动传递特性的差异。讨论了部件间连接刚度变化对各部件加速度传递特性以及车辆运行平稳性传递函数的影响,并通过对比给出了主体部件与吊挂设备间连接刚度的合理取值,研究了吊挂跨距的改变以及吊挂位置的偏置对于平稳性及部件加速度传递函数的影响。在考虑车体弯曲弹性振动下,分析了车体的抗弯刚度和结构阻尼比对平稳性传递函数的影响。结果表明:弹性吊挂能够优化车体和构架等主体部件的中、低频传递特性,吊挂跨距的增大使构架及车体吊挂位置处的传递函数增大;随速度的增加,前、后部平稳性指数的差异有所加大,车体抗弯刚度和结构阻尼比在常规范围内选取时,平稳性指数的变化并不十分显著。     

单车过桥下弹性车体共振与消振现象分析

为研究弹性车体振动对车桥系统动力响应影响,将车体视为两端自由的均质等截面欧拉梁、转向架及轮对视为刚体,利用模态叠加法考虑简支梁变形,用轮轨密贴接触假设建立单车通过多跨简支梁的车桥系统动力学方程,并用Newmark-β数值积分法求解系统动力响应。以一系列正弦不平顺为系统激励,研究不平顺激扰下弹性车体共振与消振现象。结果表明,弹性振动主要改变车体的振动量,对桥梁振动反馈作用较小;弹性车体共振被激发时其动力响应被显著放大,共振速度由车辆定距与车体弹性自振频率决定;因存在轴距滤波,当不平顺波长满足弹性车体消振发生条件时车体动力响应被显著抑制。     

基于不同轨道谱的车桥动力相互作用指标对比分析

为了分析不同轨道谱对车桥动力相互作用指标的影响,以德国低干扰谱、德国高干扰谱和秦沈线轨道谱为对比对象,分析了三种轨道不平顺功率谱密度的差异,并用三角级数法获得了三种谱的时间样本。以其作为车桥系统的外加激励,计算车桥系统耦合振动响应,选用动力学指标轮重减载率、车体振动加速度、桥梁跨中动位移及桥梁跨中振动加速度进行分析,结果表明：轮重减载率大小受高低不平顺中较短波长成分的影响较明显,其规律与高低不平顺功率谱密度较短波长范围内的值相似;车体横向和竖向振动加速度则主要分别受轨道方向和高低不平顺较长波长成分影响,不平顺方向和高低功率谱之差异正好反映出了车体横向和竖向振动加速度的差异;桥梁动位移受不平顺激扰影响很小,三种轨道谱作用下的桥梁动位移非常接近;桥梁振动加速度受轨道不平顺影响较大,德国高干扰和秦沈线轨道谱明显大于德国低干扰谱作用下的桥梁振动加速度;研究结果还表明相对于桥梁竖向振动加速度,轨道不平顺对桥梁横向振动加速度的影响更显著。     

考虑参数不确定性的列车-桥梁垂向耦合振动的PC-ARMAX代理模型研究

车-桥耦合系统不可避免的受到系统参数不确定性的影响,为了研究车-桥耦合系统参数随机性的影响,提出了可考虑动态时变系统参数不确定性的PC-ARMAX (Polynomial Chaos expansions and AutoRegressive Moving-Average with eXogenous inputs) 模型。该模型采用ARMAX模型建立了不同系统参数条件下的代理模型,针对不同系统参数条件下代理模型的参数进行混沌多项式展开。在不考虑随机轨道不平顺影响的条件下,分析了车体质量、二系刚度和阻尼等参数随机性对车-桥响应的影响。研究了轨道不平顺随机性和参数不确定性共同作用的影响。结果表明:该模型的预测结果和蒙特卡洛模拟(MCS)的结果吻合,最大误差仅为2%,计算效率较MCS提高了2个~3个数量级;车体质量参数随机对车辆响应的影响最大,系统参数随机性的影响在车-桥耦合振动分析中是不可忽略,且同时考虑参数不确定性和激励随机性的影响是必要的。     

随机振动下多跨弹性支撑梁桥的冲击系数分析

基于随机振动理论和正交试验设计,研究了三跨弹性支撑梁桥的冲击系数及其影响因素。采用虚拟激励法求解桥梁在车辆和桥面不平顺作用下的随机响应,根据三倍标准差准则将桥梁挠度随机响应由统计结果转化为确定性值域,进而求得桥梁冲击系数。通过设计桥梁冲击系数影响因素的正交试验,研究了桥梁长度、桥梁刚度、桥面不平顺、车速、车体质量和车辆轴距对桥梁不同部位的冲击系数的影响规律及显著性。计算结果表明:算法高效、精确,有效克服多因素正交试验带来的庞大计算困难;桥梁不同部位的挠度冲击系数差异较大,且随着桥面不平顺等级的提高而增大;与其他因素相比,对冲击系数影响最为显著的是桥面不平顺,其次为桥梁长度和车速。     

基于ANSYS分析某型号动车组M车固有振动特性对人的影响

对某型号动车组M车首先进行谐响应分析,确定车体结构在作用0~100Hz简谐载荷时的响应特性,得出与乘客乘座舒适性直接相关的车体部位的响应值与频率的关系曲线,将其与人体各部位或系统的固有频率对比后得出人体在M车车体结构受简谐载荷时的固有振动特性的敏感程度。然后以轨道轨距不平顺为例,对M车进行随机振动（PSD）分析,预测车体在受到基础激励的实际运行过程中结构响应情况,分析车体运行时影响乘客乘座舒适性的主要频率范围及原因。     

城市轨道车辆车体横向振动的仿真

为了研究某城市轨道车辆在轨道不平顺激励下的车体横向振动响应,并对车体振动情况做出评价。先对城轨车辆模型进行了简化并建立计算模型;然后对轨道不平顺进行了描述并将轨道不平顺的空间域功率谱转换为时频域功率谱;再利用PROE软件建立了车体的三维模型,用动力学仿真软件SIMPACK建立轮轨模型与车辆仿真模型。将轨道不平顺作为激扰函数,输入到轨道车体振动系统仿真模型中,从而得出车体的横向振动响应,并对车体的横向振动特性做出评价。     

基于车桥耦合模型的高速铁路预应力连续梁桥动力性能研究

本文利用车桥耦合关系建立车桥系统动力模型,模拟工后沉降引起的轨道高低不平顺,得到不同行车速度、不同工后沉降情况下列车和桥梁的动力响应,分析了工后沉降对车桥耦合系统产生的影响及工后沉降的控制指标,结论表明,预应力连续梁桥工后沉降引起的轨道高低不平顺主要影响高速车辆运行的舒适度,特别对车体的竖向加速度影响最大,所以控制工后沉降量的主要指标就是车体的竖向加速度。     

基于ANSYS分析客运列车固有振动特性对人的影响

对某型号客运列车首先进行谐响应分析,确定车体结构在作用0 Hz～100 Hz简谐载荷时的响应特性,得出与乘客乘座舒适性直接相关的车体部位的响应值与频率的关系曲线,将其与人体各部位或系统的固有频率对比后得出人体在M车车体结构受简谐载荷时的固有振动特性的敏感程度.然后以轨道轨距不平顺为例,对M车进行随机振动(PSD)分析,预测车体在受到基础激励的实际运行过程中结构响应情况,分析车体运行时影响乘客乘座舒适性的主要频率范围及原因.     

高速磁浮列车-轨道梁耦合系统轨道不平顺敏感波长研究

轨道不平顺是诱发车-桥系统耦合振动的主要激励源之一,探明系统耦合振动不平顺敏感波长,对线路管理具有重要参考价值。首先,建立了高速磁浮列车-轨道梁耦合系统空间模型,其中磁浮列车被模拟为具有537个自由度的多体动力学模型,轨道梁被模拟为空间有限元模型,两者之间通过基于比例-微分(proportional-differentiation, PD)控制理论的磁轨关系耦合。其次,以上海高速磁浮为研究背景,选用5车编组列车驶过20跨简支梁桥为计算条件,通过与实测结果对比,验证了模型的正确性。最后,考虑轨道谐波不平顺激励,探讨了不同方向的轨道不平顺组合、不同轨道不平顺幅值和不同车速对列车和桥梁动力响应敏感波长及列车运行平稳性的影响。结果表明：磁浮列车-桥系统横向振动和竖向振动耦合性很弱;在设计车速430 km/h下,车体竖向、侧滚和点头加速度敏感波长分别为140～180 m、60～100 m和120～160 m,车体横向和摇头加速度敏感波长大于200 m;当波长为80、105、115、140和160 m时,会分别引发车体侧滚、摇头、横向、点头和竖向方向的共振;车体和主梁的响应幅值与轨道不平顺幅值基本...     

汽车平顺性的建模分析及研究

 通过分析汽车振动源和人体对振动的反应，利用模拟技术，建立了十三自由度人-椅-车系统的动力学模型，运用随机振动理论给出了振动形态、传递函数、车轮的动载荷、座椅加速度等参量，并利用已有的汽车数据，对汽车行驶时的振动特性进行了模拟，得到了如下结论：发动机与轮胎刚度、减振器阻尼对后排座椅处的振动影响不大；后排座椅的垂直刚度增加很大时，对垂直方向振动影响比较大；后桥刚度、阻尼对后排座椅处的振动影响较大，后轮胎刚度增加，则振动加强；后桥刚度对汽车平顺性有一定影响，后桥的刚度减小，则后排座椅处垂直加速度相应减小，使用该模型可对汽车行驶平顺性进行预测或评估。     

考虑轮轨接触损失的列车乘员舒适性分析

为探究轮轨接触损失条件下列车乘员舒适性的差异,基于经典半空间10自由度车-桥耦合动力模型,运用集中质量法并引用动态单元法,建立了一个考虑轮轨接触损失的半空间13自由度人车-线耦合动力模型,并开发了一个完整的C++求解程序。计算所得某高架桥铁路运行路段通车时的轨道振动加速度,与实测值进行对比,其峰值波峰波谷间隔极为接近,验证了模型的有效性。基于该模型分析了不同轨道不平顺谱下,车体和等效人体的振动响应,并比较研究了各轨道不平顺谱下车体和等效人体的振动差异。结果表明:不同的轨道不平顺质量将引起车体、等效人体的不同振动响应;且各不同的轨道不平顺质量下,车体和等效人体的振动响应均有所差异。现有以车体振动响应为输入计算评价列车舒适性的方法,并不符合实际工况。该研究中13自由度人车模型与桥梁耦合的同时还考虑了轮轨接触损失的工况,并以等效人体动力响应为输入来计算乘员舒适性,计算结果满足现有的高标准舒适性要求。     

基于Fluent的矿用自卸车平顺性分析与优化

矿用自卸车工作路况复杂多变,严重影响了整车平顺性。悬架是影响汽车行驶平顺性的主要部件,首先运用动网格和VOF技术,在Fluent中模拟了油气悬架拉伸和压缩两种工作状态下的内部流场情况,进而计算得到其刚度和阻尼力学特性。同时,在Matlab/Simulink环境下建立了八自由度的整车动力学模型,将所求悬架力学特性应用到整车平顺性仿真中。通过仿真与试验对比得到座椅垂直加速度响应最大误差为9.72%,验证了所得油气悬架力学特性的合理性。最后,采用遗传算法对悬架参数进行优化,座椅垂直加权加速度均方根值下降了21.43%,有效提高了矿用自卸车的平顺性。     

现代有轨电车小半径曲线桥桥墩横向刚度研究

现代有轨电车小半径曲线桥梁桥墩横向刚度对线路的平顺性有重要影响。基于有限元法,建立曲线桥梁-无缝线路空间耦合作用计算模型,以某35 m+40 m+40 m+35 m曲线钢-混组合桥为例,分析了多种因素对轨向不平顺的影响。结果表明：曲线桥上无缝线路会因纵、横向梁轨耦合作用引起中长波的轨向不平顺;轨向不平顺幅值与桥墩纵向刚度、轨温变化幅度、扣件纵向阻力极限荷载正相关,与桥墩横向刚度、曲线半径、扣件纵向阻力弹塑性临界位移负相关,其中曲线半径影响最为显著;曲线半径从150 m增加至600 m,中点弦测法、矢距差法所确定的轨向不平顺幅值降幅均超过60%;确定了有轨电车常用跨度连续梁桥在不同曲线半径条件下对应的桥墩横向刚度限值,其中钢-混组合桥对应桥墩横向刚度限值是同等条件钢筋混凝土桥的1.2倍～2.0倍。建议曲线桥上无缝线路设计中优化锁定轨温,或采用小阻力扣件,可有效降低因梁轨相互作用引起的轨向不平顺幅值和桥墩横向刚度限值。     

非稳态横风对货运动车组车体-集装器系统横向振动特性的影响

基于Cooper理论构建了平均速度20m/s的非稳态风谱及相应的侧风载荷和侧滚力矩载荷,并加载到货运动车组车体-集装器耦合模型中,分析了匀质集装器重心为其几何中心处,车体-集装器系统在风载激励和风载与轨道不平顺耦合激励作用下不同风速的横向加速度RMS值的变化规律,以及该系统在上述两种工况及武广轨道不平顺激励工况下的横向振动的频域特性。结果表明:货运动车组车体-集装器系统的横向振动加速度随风速的增加而增加;轨道不平顺激励与风载激励相互叠加后,可改变车体-集装器系统的横向振动时频域特征以及车体至集装器的横向振动传递特性;横风载荷对货运动车组车体-集装器系统的低频振动影响不容忽视。     

车下设备悬挂刚度对车辆平稳性影响

为分析车下设备悬挂刚度对车辆平稳性的影响,通过对某型动车的车体有限元模型进行模态计算,并利用多体动力学软件SIMPACK的接口模块FEMBS建立该动车的刚柔耦合系统动力学模型,研究不同的设备悬挂刚度对车体与设备的耦合振动影响。通过刚性与弹性两种不同的联接方式对的比分析可知,弹性联接方式能够对车体的弯曲振动起到抑制作用,由此大大降低设备对车体振动的影响。刚度优化仿真结果表明：车下设备悬挂刚度的不同对车辆的平稳性指标有着重要的影响。     

机车独立式司机室振动试验和仿真分析

机车车辆噪声、振动和不平顺问题对司乘人员的舒适度越来越重要。针对某型干线内燃机车运行过程中出现的司机室振动问题,通过机车负载试验、模态试验分析了司机室振动的频谱特性及其与车体振动的关联;建立整车的有限元模型计算结构模态和柴发机组激励产生的谐响应,分析了结构参数摄动对司机室振动特性的影响。结果显示,整车在16.43 Hz存在谐响应峰值,司机室振动主要由柴发机组1倍频激励下的整车耦合振动引起,材料厚度和刚度参数摄动对司机室的振动会产生显著影响。     

车下设备与车体接口双层隔振系统隔振参数研究

合理的隔振参数选择对于有效避免车体及附属设备的耦合共振至关重要。以某动车组车下吊挂设备为研究对象,分别计算得出安装架、设备和风机的隔振器动刚度值,并建立安装架、设备和风机的静平衡方程,得到隔振器的静刚度值,并对选取的静刚度值进行了静平衡验证,结果表明所设计的隔振参数均能满足车体—设备的隔振需求。并对车体—设备主要部件进行模态匹配分析,结果表明车体—设备隔振器参数设计能够使设备部件之间以及与车体间不发生耦合共振。