快速货车横向运动稳定性分析与分岔研究

建立了19自由度快速货车系统的非线性数学模型,考虑了系统中的干摩擦力和轮轨相互作用关系等非线性因素,利用Kalker线性蠕滑理论计算轮轨间接触蠕滑力,应用数值方法对整车系统的蛇行运动稳定性与超高速情况下的分岔问题进行了研究。数值结果表明,该方法可以得出货车系统蛇行失稳的临界速度,为进一步改善货车横向稳定性性能及设计高速货车走行部提供了理论依据。     

提速机车轴箱拉杆定位刚度敏感性分析

以我国某一提速机车为例,建立了计算模型,对其进行非线性临界速度计算,并进行直线非线性运行性能分析和曲线通过性能分析,得到机车动力学性能对轴箱拉杆定位刚度变化的敏感性,对轴箱拉杆的刚度进行优化,优化后机车的各主要动力学指标,特别是轮轨动态力有明显的降低.     

侧向安全边界理论在圆曲线路段限速中的应用

针对现有公路限速策略无法准确反映几何线形、路面附着条件对汽车侧向稳定性影响的问题,将圆曲线路段汽车侧向失稳状态解耦为3种失稳模式,推导各失稳模式安全边界的精确计算方法,提出有效保障行车安全的限速值.首先,分析汽车传统侧向稳定性评价指标—横向力系数的不足,将失稳状态解耦为转向失稳、失去轨迹保持能力、侧翻3种模式,提出各模式的汽车安全性评价指标.然后,构建7自由度非线性整车-圆曲线路段耦合模型,通过理论推导、回归拟合得到各评价指标安全边界的计算模型.然后,采用Carsim仿真验证不同附着系数路面下各指标安全边界的准确性.最后,基于7自由度非线性车-路耦合模型和安全边界计算模型,通过Simulink仿真得到公路圆曲线路段临界安全车速,比较该策略与运行速度、设计速度等限速策略的差异.结果表明:当路面干燥、潮湿时,采用设计速度限速过于保守;当路面潮湿、积雪时,运行速度往往大于临界安全车速,应降低限速值,以保障行车安全.所提出的限速策略充分考虑了汽车侧向运动的非线性特征,可作为面向驾驶期望、通行效率等山区公路限速策略的有益补充.     

变速粘弹性传送带非线性动力稳定性与分岔

基于粘弹性材料本构方程及带运动方程建立变速粘弹性传送带非线性动力学模型;利用多重尺度理论讨论变速粘弹性传送带在不同情况下的非线性动力稳定性。研究表明：当传送带速度的波动频率远离0或系统固有频率2倍时,系统的振幅有界、相位为时间尺度的对数函数,并且当带的稳态速度接近系统临界速度时,非线性对系统的频率影响强烈;当传送带速度波动频率接近0时,系统振幅有界;当传送带速度波动频率接近系统固有频率2倍时,系统出现失稳与分岔现象。     

提速机车轴箱拉杆定位刚度敏感性分析

以我国某一提速机车为例，建立了计算模型，对其进行非线性临界速度计算，并进行直线非线性运行性能分析和曲线通灶性能分析，得到机车动力学性能对轴箱拉杆定位刚度变化的敏感性，对轴箱拉杆的刚度进行优化，优化后机车的各主要动力学指标，特别是轮轨动态力有明显的降低．     

基于电液耦合转向系统的商用车防失稳控制

基于一种电液耦合转向系统进行商用车中、高速转向行驶失稳预防控制研究,采用转向力矩控制方法,通过主动调整助力使车辆时刻行驶在稳定区内,从而达到预防车辆失稳的目的。简述了电液耦合转向系统结构,进而对利用转向系统预防车辆失稳的可行性进行了说明,并建立了车辆2-DOF参考模型,采用柔性PID与自适应递增算法对线性和非线性两种行驶状态进行单独控制,得到补偿力矩。利用所搭建的电液耦合转向系统硬件在环试验台对提出的控制方法进行验证,结果显示,车辆处于临界失稳状态时电机助力矩与转向轮转角减小,横摆角速度减小,有效保证了车辆时刻行驶在稳定区域内。     

非线性转子-机匣系统碰撞稳定性分析

转子与机匣的碰撞在一定条件下可能诱发转子失稳。以转子．机匣系统为研究对象,将转子和机匣视为弹性体并考虑了阻尼的效应,建立了非线性转子一机匣系统的碰磨模型和动力学方程。利用Lyapunov运动稳定性理论和Routh—Hurwitz稳定性准则分析了系统的碰撞和失稳条件,通过数值方法和Matlab程序得到了碰撞和失稳的临界转速以及系统参数对临界转速的影响。理论分析和实例计算表明,转子及机匣的刚度和阻尼对临界转速的影响较大,增大机匣刚度和转子的阻尼可以增大碰撞的临界转速,失稳发生在转速较高时,且失稳的临界转速比碰撞得临界转速高的多。具有重要的工程实用价值,为旋转机械的设计和参数优化提供了理论基础。     

非线性临界系统稳定性分析的中心流形方法

为了揭示临界模态或近临界模态与工程力学系统的振荡、分叉、失稳的内在联系,结合中心流形定理,建立了非线性临界系统稳定性分析的一般方法。在Ｈｏｐｆ分叉理论研究基础上,研究了具有周期性临界模态（线性化系统含有一对纯虎特征值）的非线性系统稳定性,获得了临界渐进稳定、不稳定的充分条件,给出的相应稳定性据计算简单,形式直观简捷。结果表明临界情形下的非线性恶性循环 不仅与非线性项有关,而且与其线性化系统的特征值     

制动盘材料和结构对滑动摩擦系统热弹性失稳的影响

建立了滑动摩擦系统热弹性失稳的数学模型,并推导了不同热点模式对应的临界速度表达式。分析了摩擦副的厚度和滑动层材料的热物理特性参数对摩擦系统热弹性失稳的影响。结果表明:滑动摩擦系统更易出现反对称分布的热点模式;增加摩擦层厚度,减小滑动层厚度、热传导系数、弹性模量以及热膨胀系数均可以提高标志滑动摩擦系统进入热弹性失稳状态所需的最低临界速度,而滑动层比热容对系统的稳定性几乎没有影响。     

洪水顺流作用下行驶车辆稳定性的模型试验研究

对洪水中部分淹没状态下的行驶车辆进行受力分析,基于河流动力学中泥沙起动原理,推导出行驶车辆失稳时的临界车速公式;采用模型试验测得在不同水流条件下的临界车速,并率定公式中相关参数;利用模型相似关系及公式分别估算汽车在不同水流条件下的临界车速;最后用公式模拟出行驶车辆失稳临界曲线。研究结果表明:达到同一临界车速状况下,水深较小时流速较大;同一流速下,临界车速随水深的增大而增大;同一水深下,临界车速随流速的增大而增大;临界车速与流速的比值随水深增大而增大。     

高速铁路双块式无砟轨道车辆荷载动态传递特征

为研究车辆荷载在无砟轨道中的传递特征,建立车辆-双块式无砟轨道耦合动力学模型,对车辆荷载在无砟轨道主体结构内的动应力和振动加速度传递规律进行研究,并对行车速度、结构尺寸及层间接触状态等影响因素进行分析. 结果表明:车辆荷载的主承载区分布在道床板内,垂向动应力峰值在0.1 m深度之内衰减73%;车辆荷载的主振动区主要分布在道床板内并传递至支承层,垂向加速度峰值在0.1 m深度之内衰减89%;轨道结构动态受力及振动响应均随行车速度的增加而增大;适当减少轨道结构宽度,对其受力和振动特性影响较小. 无砟轨道结构层间插入隔离层,可减小轮轨动力响应及轨道结构动态受力,但结构层间垂向加速度明显增大,插入弹性层,可减小钢轨垂向加速度,但对轮轨动力响应、道床板和支承层动态受力及振动特性影响较小. 所得结论可为无砟轨道设计和优化提供理论参考.     

列车-曲线桥梁系统耦合振动分析

为进一步研究列车-曲线桥梁系统耦合振动特性,基于车辆-桥梁/轨道系统动力相互作用分析理论,采用模态叠加法建立列车-曲线桥梁系统的空间耦合振动方程.沿轨道中心线建立移动坐标系,借助坐标转换,确定列车通过曲线桥梁时的几何位置关系; 考虑列车曲线运动特点,基于赫兹弹性接触理论和卡尔克(Kalker)蠕滑理论,解决列车曲线运动时的轮轨接触耦合关系,并对广义力向量进行修正; 采用龙格库塔积分法求解列车-曲线桥梁的动力响应.依据以上理论,研究了曲率半径、曲线超高以及车速对列车-曲线桥梁耦合振动响应的影响规律.分析结果表明:桥梁和列车的振动响应随车速的增大而增大,随着曲线半径的增大而减小.桥梁的振动响应不随曲线超高的增大而变化,列车的振动响应在平衡超高和过超高时较小.     

高速列车随机激振载荷无砟轨道路基的动应力分布规律

相较于传统的列车-轨道-路基整体耦合三维有限元模型,提出一种优化处理列车荷载的方法,基于多体系统动力学理论建立列车-轨道垂向耦合模型,并通过数值计算得到考虑了轨道随机不平顺条件下的轮轨激振载荷,随后利用二次开发子程序将轮轨载荷导入无砟轨道-路基-天然地基土非线性数值分析三维有限元模型,在此基础上研究分析高速移动荷载作用...     

Wheel/rail dynamic interaction due to excitation of rail corrugation in high-speed railway

Characteristics of wheel-rail dynamic interaction due to the rail corrugation in a high-speed railway are analyzed based on the theory of vehicle-track coupled dynamics in this paper.Influences of the corrugation wavelength and depth on the wheel-rail dynamic performance are investigated.The results show that,under the excitation of a measured rail corrugation,the wheel-rail dynamic interaction of high-speed railway is enhanced obviously,and the high-frequency dynamic force between wheel and rail is generated,which has an obvious impact on the vibrations of the wheelset and rail,and little effect on the vibration of the frame and carbody.If the corrugation wavelength is shorter than the sensitive wavelength,the wheel-rail vertical force will increase with the growth of the corrugation wavelength,otherwise,it will decrease.However,the wheel-rail vertical force keeps increasing with the growth of corrugation depth.Furthermore,if the corrugation wavelength is shorter than the sensitive wavelength,the wheel-rail vertical force will increase with the decrease of the running speed,otherwise,it will decrease.It is also found that the critical wavelength of corrugation increases with the growth of the corrugation depth and the running speed,and the critical depth of corrugation is nonlinearly related to the sensitive wavelength.     

车辆-人体系统振动的时域模拟及频谱分析

基于SY6480轻型客车建立了车辆 人体振动系统的12个自由度动力学模型。模型中引入了四轮相关路面激励和人体模型,以能量方程推导出系统的动力学方程,进而对系统的振动过程进行了时域模拟和试验验证。所得的模拟结果比传统的频域模拟结果更精确可靠。对车辆角振动和人体各部位的振动情况谱分析结果表明:车身的角振动能量大约为垂直振动能量的1/4,研究时不能忽略,人体垂直振动的固有频率为2.0～2.5Hz,可为车辆平顺性设计提供参考。     

State Estimation of the Electric Drive Articulated Dump Truck Based on UKF

The requirements of vehicle dynamic stability control are higher than ever as the significant increase of electric drive articulated vehicle speed. According to the construction features of articulated dumping truck and nonlinear characteristics of moving vehicles, nonlinear observer of vehicle status is designed to strength robustness of dynamic control system in this paper. A 4-degree-of-freedom nonlinear dynamic model of articulated electric drive vehicle is built as reference model to estimate the state of the articulated vehicle. And by adopting Unscented Kalman Filter (UKF) algorithm, a series of state parameters such as longitudinal velocities of front and rear frames, yaw rate and side-slip angle are estimated. During the test of 60 t articulated electric drive vehicle, 2 inertial navigation modules are installed in the front frame and rear frame respectively and the speed of each electric drive wheel is obtained simultaneously. As the test results suggest, in various working conditions, the algorithm based on UKF is able to accurately estimate the state parameters of articulated vehicle with the estimated error less than 5%. The proposed method is justified to be the theoretical basis and application guidance for articulated vehicle stability control.     

车辆多级行星传动系统强迫扭转振动与动载特性

针对某车辆行星传动系统,以发动机动态转矩为激励,采用集中参数法建立纯扭转强迫振动模型,利用拉格朗日方程建立系统微分方程并进行求解。分析了各部件在同一档位的振幅特性,得出不同部件的振动特点。研究了不同档位下行星排的振动,得出行星排在空载与受载时扭振的差异。最后对行星排啮合力波动量和动载荷系数进行计算,为行星传动系统设计和动态分析提供了依据。     

Evaluation of vehicle-track-bridge interacted system for the continuous CRTS-II non-ballast track slab

Considering the CRTS-II track slab, which is commonly used in the Chinese high-speed railway system, a vehicle-track-bridge dynamic analysis method is proposed in which the vehicle subsystem equations are established by the rigid body dynamics method, the track subsystem and the bridge subsystem equations are established by the FEM, the wheel-rail contact relation is defined by the corresponding assumption in vertical direction and the Kalker linear creep theory in lateral direction. The in-span spring element is derived to model the track-bridge interaction; the equal-band-width storage is adopted to fit the track structure with multilayer uniform section beam; and the dynamic equilibrium equations are solved by the inter-history iteration method. As a case study, the response of a CRH2 high-speed train transverses a simply-supported bridge with successive 31.5 m double bound pre-stress beams is simulated. The result shows that using the vehicle-track-bridge interaction model instead of the vehicle-bridge interaction model helps predict the rotation angle at beam ends and choose an economic beam vertical stiffness.     

电机驱动车辆动力传动系统建模方法的研究

为探索机电耦联的研究方法对电机驱动车辆动力传动系统是否适用,将某电动车动力传动系统的机械振动模型简化为两自由度系统模型,对其在左端边界为自由、线性扭簧及非线性扭簧三类条件下的固有特性及响应进行了分析.结果表明,由扭簧模拟的机电耦合系统与不考虑机电耦联的系统相比,动力学特性发生明显改变,证明了进行电机驱动车辆动力传动系统机电耦联非线性振动研究的必要性.     

非稳转速下梁在转动方向上的横振动

本文考虑了梁的大挠度变形,并在此基础上分析了梁在非稳转速情况下在转动方向上的横振动,应用有限元素法得到了系统的动力学方程.该方程是时变系数,非线性,非齐次方程.本文给出了线性化的系统动力学方程的数值解法及算例.