基于仿真的铁路车轮不圆度安全限值研究

为了研究高速列车车轮踏面不圆度的安全限值,基于车辆轨道垂横向耦合动力学理论,采用车辆动力学仿真分析软件ADAMS/Rail,建立了考虑车轮非圆化状态下的整车车辆/轨道空间耦合动力学模型。分析计算高速运行状态下常见车轮踏面不圆顺问题所导致的车辆轨道系统轮轨冲击振动特征,及其随列车运行速度的变化规律,给出了车速200～350 km/h 时轮轨作用力响应峰值与车轮不圆度之间的关系,确定了高速行车条件下车轮不圆度的临界范围。该研究可为基于轮轨作用力监测的车轮不圆顺状态识别提供理论指导。     

定常稳态风载荷下的高速列车运行安全性研究

为了研究高速列车在横风作用下的运行安全性,建立了定常稳态风载荷模型,提出定常稳态风载荷的计算方法,并对共计20种工况下的横向力,倾覆力矩和摇头力矩进行了计算.基于多体动力学基本理论和多体动力学软件SIMPACK,完成了某型号高速列车仿真模型的建立以及广义力载荷的加载,完成车辆的动力学仿真,绘制出不同安全性指标仿真结果图像,并对车辆的运行安全性进行分析和评价,提出改善车辆运行安全性的方法.     

横风作用下高速列车受电弓滑板的气动特性分析

基于三维可压缩流动的N-S方程,采用SSTk-ω湍流模型,对高速列车受电弓滑板在横风条件下的气动载荷特性进行模拟分析,得到受电弓滑板在复杂工况下的气动力系数,气动力矩系数以及绕流场特性.结果表明,在横风作用下前滑板、后滑板在迎流方向产生最大正压,在展向截面上压强均为负值,且后滑板最大负压小于前滑板.前滑板的展向压强分布遵循先一致后对称的规律,后滑板则相反.滑板气动荷载主要集中在0～500Hz范围内,在0～50Hz的范围内气动力系数由最大值衰减至10%左右,说明在该频段内各气动力、力矩波动最大;阻力系数、升力系数的峰值在0～200Hz的范围内,侧向力系数在0～300Hz范围内达到峰值.     

重载列车作用下铁路钢桁梁桥的动力响应分析及疲劳寿命评估

以长东黄河大桥三跨连续钢桁梁为工程背景,采用ANSYS软件建立了有限元模型,对不同载重列车过桥时钢桁梁的动力响应进行了分析,并根据线性累计损伤理论,采用雨流法计数,对C80重载列车过桥时钢桁梁的疲劳损伤度及疲劳寿命进行了评估。主要结论为：列车车辆过桥时,随车辆轴重的增加,钢桁梁动挠度加大,但竖向加速度极值不严格随轴重的增加增大或减小;低速范围内随车辆速度的增加,钢桁梁动挠度变化不大,只有波动幅度增大,竖向加速度极值随车速的增加而增大。该钢桁梁在C80列车编组下的疲劳寿命约125 a,与C70列车编组下的疲劳寿命相差不大。     

应用空电联合制动的重载列车缓解性能

基于列车纵向动力学理论,研究了空电联合制动模式下列车编组、坡道坡度、电阻制动系数及缓解速度对列车在长大下坡道调速制动时缓解性能的影响。与单独空气制动模式进行了对比,分析了2种制动模式下列车实施循环制动的次数与最大车钩力的差异。研究结果表明:电阻制动系数越高,列车缓解性能越优;列车缓解性能随列车编组数量、坡道坡度与缓解速度的增加而变差;空电联合制动时,列车实施循环制动的次数与最大车钩力均小于单独空气制动时。     

基于滑模控制的三轴重型汽车平顺性优化研究

建立了基于半主动悬架的9自由度三轴重型汽车垂向动力学模型,为提升其平顺性,针对该重型汽车模型设计了滑模控制系统,对悬架阻尼力进行控制。该控制器以天棚阻尼系统为参考,使重型汽车振动响应跟随参考系统。基于Matlab/Simulink软件对滑模控制系统进行验证,在B级路面不同车速工况下进行响应分析。结果表明,所建立的控制器在不同车速下,均能有效改善车辆垂向加速度、俯仰角速度和侧倾角加速度。     

鼓形动力集中动车组不同环境交会气动载荷数值研究

列车交会对车身产生冲击,影响车窗玻璃强度和空调进风性能等。为评估新研发的鼓形动力集中动车组不同情况下交会的车身压力变化,采用滑移网格技术,基于三维可压非定常雷诺时均方法和SST k-ω湍流模型,分析了隧道内不同线间距和不同车速,以及侧风环境下不同风速和不同车速的列车交会压力。结果发现,隧道内列车等速交会、相同线间距下,P_(max)、P_(min)和ΔP随车速增加而增大;同一速度下,P_(max)、P_(min)和ΔP随线间距增加而减小。风环境下列车交会,迎风侧列车的交会侧压力变化幅值最大。隧道内列车最大压力变化幅值远大于侧风下的压力幅值,隧道为侧风下的2.4～3.2倍。     

铁路货车轴承内圈故障动力学仿真分析

以我国铁路货运列车的主力轴承——197726型轴承为研究对象,开展故障轴承动力学建模和仿真分析,探索轴承动力学响应特性随故障尺寸的变化规律。综合考虑轴承内部结构、约束关系、摩擦润滑和载荷条件,建立了轴承内圈存在滚道损伤故障时的刚-柔耦合动力学模型,并通过轮对跑合实验及包络谱分析验证了模型的有效性。最后,通过一系列动力学仿真分析,研究了轴承动力学响应特性。研究结果表明,随着内圈故障尺寸的增大,保持架晃动增强,对轴承正常运行起到阻碍作用;当故障尺寸增加到一定程度时,内圈故障处变形量、滚子质心波动、滚子与内外圈接触力均出现突变趋势,反映了内圈损伤程度大小可以通过轴承零部件动力学响应的变化趋势来判断。研究对货运列车轴承故障诊断和损伤程度精确识别具有理论指导意义。     

车轮踏面常规磨耗对高速列车动力学性能的影响

利用线路跟踪试验采得的车轮常规磨耗数据,通过动力学仿真分析了高速列车在不同磨耗阶段时的横向稳定性、运行平稳性和曲线通过性能。以国内某型高速列车为研究对象,利用多体动力学软件VI-rail建立了高速列车动力学模型,并验证了模型的有效性。根据线路跟踪实测数据,获得了车轮镟修后4种不同磨耗阶段下的踏面形状数据。研究不同磨耗程度下车辆运行速度对模型动力学性能的影响,分析车轮动力学性能参数随速度及磨耗量的变化规律。仿真结果发现,车轮踏面磨耗对临界速度、脱轨系数、轮轨横向力及横向平稳性的影响较大,而对轮重减载率、垂向平稳性指标影响较小。研究结果对高速列车踏面外形的优化及踏面检修具有一定的指导意义。     

基于空簧气动响应的高速列车交会动力学分析

空气弹簧的动态特性受其内部压力影响较大，为了更深入地分析动车组高速交会时的运行安全性，需要考虑空气弹簧在交会流场下的气动响应。将空气弹簧的气动流体力学模型与某型动车组的整车动力学模型相结合，以列车交会气动流场压力的时间历程作为空气弹簧与车体的外部激励，分析了动车组以不同车速交会时的动力学特性。研究结果表明，交会车速越高，空气弹簧的内压波动幅度越大；会车中车体的垂向平稳性优于横向平稳性；轮轨垂向力与轮重减载率受会车流场的影响较小，在会车时有较大的安全余量；当两车以450 km/h车速交会时，空气弹簧内压波动     

基于UM的高速动车组悬挂参数与动力学性能匹配性研究

为提高高速列车动力学性能,对车辆悬挂参数进行了优化研究.基于多体动力学建模理论和UM软件,完成车辆动力学模型的建立及线路,轮轨参数设置等.选取悬挂参数Kpx,Kpy,Kpz,Ksx,Ksy,Ksz,Csx和Csz为优化目标,运用控制变量法和变化系数法,对悬挂参数进行优化;用优化后的参数进行动力学仿真分析,与优化前的动力学性能指标对比,车辆的动力学性能得到改善,悬挂参数优化成功.     

基于变速量化分级的车辆主动转向控制算法

针对车速动态变化引起转向特性改变,从而导致转向控制不稳定的问题,提出了基于变速量化分级的主动转向控制算法。首先,运用概率统计原理建立量化分级算法划分车速区间;其次,构建具备目标转向控制参数的车辆非线性动力学模型,在各分区间采集模型运行参数训练神经网络完成模式识别,结合基于位移偏差的修正算法建立分区间控制单元;最后,运用隶属函数实现了变车速下控制单元间的柔性切换。此外,设置车辆姿态监视算法,降低车辆的侧翻风险。联合Carsim车辆模型进行控制实验,结果表明,量化分级控制算法可提高变速工况转向控制的精度与稳定性。     

车辆传动系统瞬态振动特性研究

针对某车辆动力传动系统,考虑发动机激励及系统结构关键设计参数,采用集中质量法建立传动系统动力学模型。在发动机激励变化的输入载荷下,分别对含不同结构设计参数的动力学模型进行仿真分析,对比最优设计参数状态下传动系统的动态响应。研究结果表明:发动机输出扭矩突然变化时,车辆在tip-in过程中会产生传动系统异响及车辆顿挫感;传动间隙的变化可以缓解齿轮啮合冲击现象,从而改善车辆瞬态过程的异响状态。飞轮扭转刚度及惯量、驱动半轴扭转刚度的变化对轮毂运动冲击状态影响显著,影响车辆的平顺性。     

基于Matlab的大型兆瓦级风电机脉动风速时程数值模拟

本文旨在模拟西部内陆地区大型兆瓦级风机所受风荷载的脉动风速成分,基于风机结构自身在风荷载作用下各质点具有空间相干性的基本性质,依据风机整体结构的体型特征和脉动风功率谱特性,利用谐波叠加法对风机结构所处的随机风场的脉动风速时程进行数值模拟,通过对比计算谱与目标谱的齿合程度,确认该方法的切实可行性,为模拟高耸结构及大跨度结构在长时间随机风荷载作用下的动力时程响应提供了可靠适用的随机风荷载时程数据。     

CRH3型动车组车轮多边形化对轮轨接触力的影响

针对高速铁路频发的车轮多边形问题,探讨了多边形阶数、多边形波深以及行车速度对轮轨接触力的影响。基于多体动力学分析软件SIMPACK建立了CRH3型整车动力学模型,进而考虑实际服役条件,计算不同行车速度下车轮多边形化的轮轨接触力荷载谱,确定高速列车行车条件下轮轨接触力的临界范围。研究结果表明:相同行车速度下波深对轮轨垂向力和横向力的平均值影响均较小,但它们的幅值均随波深的增加而显著增加;相同波深下轮轨垂向力的平均值和幅值均随着行车速度的增加而增加;当多边形阶数高于10阶时,轮轨横向力最大值随着行车速度的增加而增加;然而,当多边形阶数低于10阶时,轮轨横向力最大值会随着行车速度的增加而降低;当波深和行车速度不变时,轮轨垂向力和横向力最大值和幅值均随阶数增加而增加,且在车轮多边形阶数超过10阶时迅速增加;高速列车以250 km/h和300 km/h行驶时,车轮0. 05 mm和0. 1 mm波深情况下对应的车轮多边形阶数限值分别为18阶、15阶和16阶、12阶。     

基于垂向载荷转移率的微型客车侧倾敏感性研究

在Matlab/Simulink软件环境下建立某微型客车三自由度侧倾模型,分析车辆结构参数、道路输入参数及驾驶员输入参数对车辆侧倾倾向性的影响。利用干路面蛇形试验数据对所建立的仿真模型进行验证,通过J-turn试验和鱼钩仿真试验(fish-hook)分析车速、转向盘转角对车辆侧向加速度、车身侧倾角等侧向稳定性输出参数的影响。同时提出动态垂向载荷转移率(VTRd)作为侧倾敏感性因数,分析车辆结构及运行参数对微型客车侧倾敏感性的影响。结果表明:悬架侧倾刚度对侧倾敏感性影响最为明显;结合驾驶员对转向盘转角的输入,车辆的侧倾变化趋势对车速的变化比较敏感,当车速增加到80 km/h以上时,较小的转向盘转角变化就会使车辆发生侧倾。     

气动压力作用下高速列车玻璃承载特性研究

高速行驶的列车会在其周围诱发明显的气动效应，并对列车玻璃造成不利影响。以CRH3型列车客室车窗玻璃为分析对象，基于国内外目前几种典型夹层玻璃等效厚度计算方法，分析了载荷作用时间对夹层玻璃胶片剪切模量及其等效厚度的影响。根据中空玻璃中空层气压变化传递载荷原理及两面玻璃协同变形特征，推导了气动压力作用下中空玻璃的最大拉应力计算公式。设计了循环气动压力加载试验，并进行了高速列车玻璃动应力测试。结果表明，夹层玻璃PVB胶片的剪切模量随作用时间的减小，其剪切模量增大，同条件下，计算出来的夹层玻璃等效厚度也变大。为了获得高速列车玻璃承载性能精确的计算结果，需确定真实气动压力作用时间下PVB胶片对应的剪切模量。基于prEN13474给出的夹层玻璃等效厚度计算公式，选择与实测相同作用时间(0.12 s)及温度(25℃)计算条件，得到被测高速列车玻璃承载面和非承载面的最大拉应力与实测值偏差分别为3.29%和-12.6%,较好地满足了工程精度要求。研究成果可为高速列车玻璃气动压力承载设计计算及结构优化提供依据。     

高速铁路预应力简支箱梁桥动力响应分析

运用桥梁结构动力学和车辆动力学的研究方法，将车辆和桥梁作为联合动力体系，以在建的武广客运专线廊步特大桥为研究对象，对该桥在高速客车行车条件的动力响应进行了分析，着重分析了单线和双线行车时桥梁在不同列车运行速度下的竖向和横向动力响应。     

基于虚拟样机技术的铰接式车辆动力学建模

在ADAMS／View软件环境下，建立了某工程车辆多体动力学模型，提出了随机路面的建模方法，进行了不同车速和不同随机激励输入下的车辆平顺性评价虚拟试验．通过与相同实验条件下实车平顺性道路试验结果比较，验证了该模型在评价车辆平顺性方面具有较高的精度和可信度。     

双点预瞄式智能车大曲率路径的横向控制

针对智能车在大曲率弯道中转向机构过早响应以及跟线精度不高的问题,提出了一种基于双预瞄点的智能车大曲率路径横向模糊控制方法。首先建立了车辆的横向控制系统结构,给出了车辆的动力学模型和视觉预瞄模型,进而提出了双点预瞄调节策略,给出了模糊控制器的设计方法并采用遗传算法进一步优化了控制器的控制规则,最后通过仿真实验验证了控制器的有效性及准确性。结果表明:所设计的控制系统能根据前方道路的曲率及车速实时调节预瞄距离,既能确保车辆的转向角以较高精度实时跟踪大曲率路径,又能保证车速在弯道中处于预定的受控范围内。