列车-轨道时变系统横向振动能量随机分析方法

根据大量客、货车构架实测蛇行波及德国高速机车轮对横向摇摆力的测试资料,基于随机振动理论模拟出一般车速及高速构架人工蛇行波,分别以构架人工蛇行波及前苏联规律性的竖向不平顺函数为横向及竖向激振源,对列车－轨道时变系统横向随机振动进行计算。计算结果与实测结果的接近验证了本文方法的可行有效性。     

板式轨道在高速列车作用下的动力响应分析

通过理论计算与现场试验研究高速列车与板式轨道的动力相互作用。提出了高速列车—板式轨道系统(简称此系统)空间振动分析方法:列车模型每节车辆考虑26个自由度;针对板式轨道结构特点,建立了32个自由度的板式轨道空间振动轨段单元新模型;基于弹性系统动力学总势能不变值原理及形成系统矩阵的"对号入座"法则,建立了此系统空间振动矩阵方程;采用Wilson-θ法求解。计算了板式轨道在高速列车作用下的位移以及车辆的脱轨系数、轮重减载率、横向轮轨力等动力响应,并与现场试验结果进行了对比。结果表明:理论计算结果与现场试验结果具有较好的一致性,由此说明文中提出的方法正确可靠。最后,还探讨了轨道刚度对此系统空间振动响应的影响规律。     

桥梁收缩徐变诱发高速列车-CRTS Ⅱ型板式轨道-桥梁系统非线性动力相互作用研究

混凝土桥梁的收缩徐变效应在高速铁路桥梁工程中不可避免,会导致桥梁竖向变形,并最终导致CRTSⅡ型纵连板式轨道和桥面之间出现脱空。针对这一实际工程问题,深入研究收缩徐变引起的高速列车-纵连板式轨道-桥梁系统非线性动力相互作用问题。对桥梁收缩徐变下纵连板式轨道-桥梁系统非线性接触机制进行讨论;提出桥梁收缩徐变条件下高速列车-纵连板式轨道-桥梁系统非线性动力相互作用研究方法;在此基础上研究桥梁收缩徐变对桥轨非线性接触行为、轨道层间相互作用、轨道混凝土结构附加动应力以及列车动态特性的影响。研究表明:提出的研究方法可以有效地研究收缩徐变条件下列车-纵连板式轨道-桥梁结构的动力相互作用问题。在收缩徐变条件下,梁端处出现了底座和桥面间的脱空现象。列车动荷载引起桥轨接触力明显增大,同时也导致脱空区域发生明显变化。整体来看脱空区域长度对速度并不敏感。梁端位置处的轨道层间力有明显变化,砂浆力变化比扣件力剧烈。轨道板和底座上表面主要以承受拉应力为主,仅在脱空区域附近才出现局部受压;而下表面则呈现相反的应力分布。收缩徐变效应主要影响列车的振动,而对轨下结构的振动影响较小。     

基于传递矩阵法的车辆-轨道垂向耦合系统动力分析方法

为准确高效求解车辆-轨道耦合系统动力响应,利用轨道结构的周期性特征,基于传递矩阵法(transfer matrix method,TMM)提出了一种便捷的轨道子系统建模和求解方法.该方法根据轨道系统结构特点,分别将有砟轨道和CRTSⅡ型无砟轨道系统的周期性重复部分划分为不同轨道元胞结构,在元胞结合面引入刚度方程假定,基...     

高速列车荷载作用下无砟轨道地基竖向耦合动力响应研究

建立高速列车荷载作用下车辆系统-无砟轨道-地基耦合动力模型,通过Fourier变换求解弹性半空间地基土体的动力控制方程,同时根据轨道底座与半空间的接触条件得到了弹性半空间表面竖向位移在频域内的表达式,再采用快速Fourier 变换求得了时域内的土体位移解。结合算例,分析了列车速度、轨道结构参数等因素对地基动力响应的影响。研究结果表明:板下调整层弹簧刚度系数越大,地基土动力响应越大,地表振动越大;底座弯曲刚度越大,地基土动力响应越小;随着列车速度增加,地基土动力响应增大;距离轨道中心处越远,地基土动力响应越小。     

列车-有砟轨道-路基空间耦合动力学模型

建立了列车-有砟轨道-路基空间耦合动力学模型.模型中,充分考虑了机车车辆、有砟轨道、路基的空间特性、时变特性及相互作用,对路基系统,采用连续体建模的方法,并利用Galerkin法进行了离散.通过仿真计算与秦沈线综合试验实测结果进行比较,验证了模型的可靠性.以运行速度为200km/h的CRH2动车组作用为例分析了路基的动...     

车辆-路面-桥梁系统竖向振动分析

视车辆、路面体系和桥梁为整个系统,将车辆模拟成弹簧和阻尼器连接的多刚体,沥青路面层视为Kelvin模型及其上的无限长梁,混凝土路面和主梁一起模拟成Euler-Bernoulli梁。应用弹性系统动力学总势能不变值原理和形成矩阵的"对号入座"法则,建立了系统的竖向运动方程;并运用协方差等效方法模拟了车轮随机输入非平稳时域模型。研究了弹性支承下的车辆-路面-桥梁耦合系统的振动特性。计算表明:在其他条件相同时,混凝土路面层所对应的冲击系数约为沥青路面层所对应冲击系数的1.35倍;刚性支承对应的冲击系数约为弹性支承对应冲击系数的1.60倍,但当车速大于33.4m/s时,橡胶支座对冲击系数的影响就较小。     

车辆-轨道-路基系统垂向动力分析模型的试验验证

基于车辆-轨道耦合动力学理论,根据秦-沈客运专线车辆的结构形式、悬挂特性及轨道结构特点,建立了具有两系悬挂的(客车)车辆-(有碴)轨道-路基垂向统一模型.采用研制的动力分析计算程序,对轨道随机不平顺激励下车辆-轨道-路基的动态响应进行了数值计算,并将路基基床表层动态响应的数值模拟结果与现场试验工点实测数据进行了对比分析.结果表明,该模型能较真实地反映车辆、轨道和路基垂向相互作用的基本力学特征,所得计算结果与实测数据比较吻合.     

考虑轮轨非线性接触的车辆-轨道-桥梁垂向耦合系统随机振动分析

基于列车-轨道-桥梁耦合动力学理论,考虑轮轨接触非线性,采用广义概率密度演化理论建立了列车-轨道-桥梁垂向耦合系统非线性随机振动方程。采用数论选点法结合谱表示-随机函数法生成轨道随机不平顺样本,实现了用两个随机变量和少量样本较精确地反映轨道不平顺功率谱的随机特性。以高速列车-简支梁桥上CRTSⅠ型板式无砟轨道为例,从概率及可靠度角度,考虑非线性轮轨关系中跳轨现象以及轨道随机平顺影响,对比分析了线性与非线性轮轨对车辆运行安全性的影响;计算了不同轨道谱、车辆运行速度下轮重减载率概率密度演化规律及其对车辆运行安全性影响。结果表明,建议的方法可通过较少的随机变量和样本计算得到车辆-轨道-桥梁耦合系统非线性随机动力响应及其概率分布,可为车辆运行安全性评价提供更好的指导。     

地震作用下车辆-轨道系统轮轨动态响应试验研究

为研究地震作用下高速铁路地震预警阈值,进行准静态全尺寸车辆-轨道模型振动台试验研究,对车辆轨道模型施加正弦地震波,试验结果显示《铁道车辆动力学性能评定和试验鉴定规范》中所规定的轮重减载率限值和脱轨系数限值可能偏于保守,且导致列车脱轨的原因是由于地震作用使轨道结构发生大幅的水平向振动,引起车轮发生水平向晃动,致使车辆发生侧向滚摆运动所造成的;接着对车辆轨道模型施加实测地震波,试验结果表明地震波频谱特性对列车运行安全有一定的影响;对车辆轨道模型同时施加水平向和垂向地震波,发现对车辆轨道系统动力响应影响较大的为水平向地震波,垂向地震波则对其影响较小;根据振动台试验模型建立与之对应的多刚体、多自由度三维车辆-轨道数值模型,研究当考虑轨道不平顺时,地震作用下不同车速对列车轮动动力响应的影响,通过数据分析表明,在一定范围内,地震作用下的列车脱轨与列车速度关系不大,为高速铁路地震预警阈值的研究提供了一定的理论依据。     

Stress intensity factors evaluation for through-transverse crack in slab track system under vehicle dynamic load

The stress intensity factors (SIFs) for through-transverse crack in the China Railway Track System (CRTS II) slab track system under vehicle dynamic load are evaluated in this paper. A coupled dynamic model of a half-vehicle and the slab track is presented in which the half-vehicle is treated as a 18-degree-of-freedom multi-body system. The slab track is modeled as two continuous Bernoulli–Euler beams supported by a series of elastic rectangle plates on a viscoelastic foundation. The model is applied to calculate the vertical and lateral dynamic wheel–rail forces. A three-dimensional finite element model of the slab track system is then established in which the through-transverse crack at the bottom of concrete base is created by using extended finite element method (XFEM). The wheel–rail forces obtained by the vehicle-track dynamics calculation are utilized as the inputs to finite element model, and then the values of dynamic SIFs at the crack-tip are extracted from the XFEM solution by domain based interaction integral approach. The influences of subgrade modulus, crack length, crack angle, friction coefficient between cracked surfaces, and friction coefficient between faces of concrete base and subgrade on dynamic SIFs are investigated in detail. The analysis indicates that the subgrade modulus, crack length and crack angle have great effects on dynamic SIFs at the crack-tip, while both of the friction coefficients have negligible influences on variations of dynamic SIFs. Also the statistical characteristics of varying SIFs due to random wheel–rail forces are studied and results reveal that the distributions of dynamic SIFs follow an approximately Gaussian distribution with different mean values and standard deviations. The numerical results obtained are very useful in the maintenance of the slab track system.     

浮置板轨道参数激励振动研究

浮置板轨道结构中,浮置板布置的周期性和不连续性导致轨道刚度的周期性变化。车辆行驶在浮置板轨道上时,轨道刚度的周期性变化会引起参数激励振动。为了研究该问题,将钢轨和浮置板视为模态梁,钢轨扣件和隔振器视为线性弹簧-阻尼器;车辆采用相邻车厢距离最近的两台转向架模型,建立了车辆-浮置板轨道耦合动力学模型。应用该模型分析了浮置板轨道参数激励振动的形成机理及影响因素,提出了减小参数激励振动的控制措施。计算结果表明:振动的频率成分主要为车轮通过浮置板的频率及其倍频;轮轨作用力随着车辆速度的提高而增加,随着隔振固有频率的减小而增加;调整浮置板下隔振器的位置和刚度可以降低参数激励振动引起的轮轨作用力。     

新型动态汽车衡称重系统的设计与实现

针对目前现有动态汽车衡称重误差大等问题，提出了一种新型动态汽车衡称重系统的实现方法，该称重系统在基于Intel x86硬件平台和linux操作系统的基础上设计实现的。同时分析了产生称重误差的根本原因。采用了数字信号处理手段来提高动态汽车衡的称重精度。现场测试数据分析表明，该新型动态汽车衡称重系统技术指标优于国家动态衡标准。     

Heavy traffic analysis of a single vehicle loop in an automated storage and retrieval system

We consider an automated storage/retrieval system in which cargo moves between the storage/retrieval machines and the system entrance/exit stations through a single automated vehicle loop. Past studies indicated that the cargo waiting time in the loop is affected by the dispatching rules, which govern the sequence of the cargo to be handled. In this paper, we show that the loop configuration, which has received little research attention, also has a big impact on the cargo waiting time. When the first-come-first-served dispatching rule is used, we derive the relationship between the number of stations and the ratio of the average cargo retrieval time to the average cargo storage time. When the first-encountered-first-served dispatching rule is used, we show that even the arrangement of the input channel and the output channel of a station can have significant impact on the cargo waiting time. Furthermore, we derive a formula for the vehicle visit rate for each station under heavy traffic conditions. This formula helps to explain the phenomenon that the waiting times at different stations can be very different even when the loop is symmetrically designed and the cargo arrival rates to the stations are similar. In addition to analytical models, we use simulations to evaluate the performance of different loop configurations. Our research suggests that a substantial improvement can be achieved by making proper adjustments to the loop configuration.     

电动汽车电池冷却系统对空调系统性能的影响

为了更好地匹配电动汽车空调系统和电池冷却系统,减少其对乘员舱舒适性和整车续航里程的影响,搭建电动汽车空调系统和电池冷却系统测试台架,试验分析电池冷却系统参数对空调系统性能的影响,确定匹配的电池冷却器容量、电子膨胀阀容量和冷却液流量。结果表明:电池冷却器容量从3 kW减小为2 kW时,蒸发器换热量增加30%,蒸发器出口空气温度降低6.6℃;电子膨胀阀容量从1.0 Rt减小为0.5 Rt时,蒸发器换热量增加5%,蒸发器出口空气温度降低1.0℃;冷却液流量从7.5 L/min减少为3.5 L/min,蒸发器换热量加8%,蒸发器出口空气温度降低1.8℃。     

三向耦合非线性重型汽车建模及动力学分析

分析汽车各向运动的耦合作用规律,建立23自由度三向耦合重型汽车整车模型,推导系统运动微分方程。将非线性Gim模型与垂向点接触轮胎模型结合描述三向非线性轮胎力,建立6个一阶常微分方程,以实时计算各车轮转速计算滑移率。通过数值积分计算车辆转向制动、匀速直线及方向盘角跃阶时的动态响应,并与传统的操纵稳定性模型、平顺性模型、虚拟样机模型及试验数据比较,验证所建模型的有效性。通过分析耦合作用对汽车响应影响表明,该耦合模型可同时研究汽车在复杂工况的平顺性、操纵稳定性及制动性。     

防爆胶轮车动态特性研究

为掌握防爆胶轮车的动态特性,了解其动态应力、应变情况,应用多体系统动力学以及有限元法对其动态特性进行了研究．基于ADAMS建立了胶轮车的虚拟样机模型, 利用多体动力学仿真得到胶轮车在矩形坑路谱下各部件与车架铰接点的动态载荷曲线;基于ANSYS建立了胶轮车车架的有限元模型,并将动力学仿真得到的随机激励峰值加载到典型工况约束下的有限元分析模型,从而计算得到车架的动态应力分布, 并找出了应力集中的位置．动态分析结果可用于评价车架的动载峰值应力、应变,并对车架的轻量化改进设计具有一定的指导意义．