层间离缝下车辆-CRTSⅡ型板式无砟轨道耦合系统动力特性研究

随着CRTSⅡ型板式无砟轨道结构服役时间的延长,层间离缝发生发展对轨道结构和行车安全的影响成为迫切需要解决的问题之一。为厘清不同程度的层间离缝对车辆-无砟轨道系统动力特性的影响程度,建立了考虑层间离缝的车辆-CRTSⅡ型轨道板的耦合动力学模型,用ABAQUS和Simpack联合仿真,研究了不同尺寸的单一离缝以及多离缝不同位置组合对车辆及轨道结构动力响应的影响。结果表明,单一离缝横向深度和纵向长度分别在522 mm、1.275 m及以上时,离缝发展明显加快;多离缝的不同位置组合中板端与板边组合为最不利情况。研究结论为高速铁路轨道结构运维提供参考价值。     

路基沉降对低地板有轨电车动力学性能的影响

路基沉降会导致轨道变形,进而改变轨面的几何平顺性,并最终影响车辆动力学性能。基于车辆-轨道耦合动力学理论,详细考虑各车辆之间的耦合作用,建立了考虑路基沉降的低地板有轨电车-轨道垂向耦合动力学模型,研究了路基沉降对低地板有轨电车动力学性能的影响。研究结果表明:路基沉降会明显增大低地板有轨电车系统的振动;车体垂向振动加速度、钢轨位移、轮轨垂向力受沉降波深和波长的影响,增大沉降幅值或减小波长均会加剧车辆系统的动力学响应。     

断簧对浮置板轨道结构振动特性的影响分析

为研究钢弹簧隔振器断裂对浮置板轨道结构振动特性的影响,通过有限元软件建立车辆-轨道耦合模型,利用有限元模拟方法,研究分析了钢弹簧断裂对轨道结构振动特性的影响规律。研究结果表明,不同数量和不同位置的钢弹簧失效对车体和浮置板振动加速度的影响较小且各种工况下的各个加速度指标皆满足规范要求。钢弹簧失效数量越多,浮置板垂向位移、钢轨垂向位移和钢弹簧支点力就越大。钢弹簧失效数量相等情况下,随着钢弹簧失效位置沿线路纵向距离的增加,浮置板垂向位移幅值就越小。板端钢弹簧失效时钢轨垂向位移比板中钢弹簧失效时的大,而板端钢弹簧失效时的钢弹簧支点力比板中钢弹簧失效时的小。     

高速行车条件下3种轨道结构的轮轨动力性能对比分析

针对某时速400 km宽轨距高速铁路,选取了有砟轨道、减振型和非减振型CRTSⅢ型板式无砟轨道3种轨道类型,基于车辆-轨道耦合动力学理论,对比分析了高速行车条件下3种轨道结构的轮轨动力性能。研究结果表明:高速列车通过3种轨道时具有良好的安全性和平稳性,轨道的动态变形满足要求;2种无砟轨道的钢轨横向振动位移基本相同,且明显小于有砟轨道的钢轨横向振动位移,减小约30%,3种轨道的轨距动态扩大量差异很小;3种轨道的钢轨垂向振动位移差异明显,减振型无砟轨道的钢轨垂向振动位移最大,最大值为1.86 mm,非减振型无砟轨道的钢轨垂向振动位移最小,仅为减振型无砟轨道位移的一半左右。     

修复材料性能对框架板式无砟轨道板角离缝的影响研究

分析了框架板式无砟轨道板角离缝原因，建立了含维修材料的框架板式无砟轨道有限元模型，研究了维修材料弹性模量对无砟轨道受力和变形的影响规律，提出了板角离缝维修材料建议。研究结果表明，施工因素、服役环境和长期列车荷载作用是导致单元框架板式无砟轨道发生板角离缝的主要原因；钢轨和轨道板的垂向位移、CA砂浆层压应力随板角离缝面积的增大而增大，轨道板的拉应力则先增大后减小；正温度梯度作用下轨道板的拉应力随维修材料弹性模量的增大而增大，轨道结构位移则随维修材料弹性模量的增大而减小；当维修材料弹性模量从50 MPa增加至1 000 MPa时，列车荷载作用下维修材料的压应力增大了3.25倍；从维修材料受力角度考虑，建议框架板式无砟轨道板角离缝维修材料采用树脂材料，且弹性模量宜为100～300 MPa。     

基于低动力作用的高速铁路客货共运的货车选型研究

针对某高速铁路宽轨距和客货共运的货车选型问题,基于车辆-轨道耦合动力学理论,运用TTISIM仿真软件,计算分析了不同工况下高速动车、三大件式转向架货车和构架式转向架货车与轨道的动态响应,并重点对比了2种货车作用下的轮轨力和钢轨振动位移,为货车选型提供了理论依据。研究结果表明:三大件式货车作用下的轮轨安全性指标明显高于构架式转向架货车,且轮轨垂向力存在超标情况;与三大件式转向架货车相比,构架式转向架货车对轨道的动力作用明显减小,更符合客货共运线路的要求。     

桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道底座板屈曲分析

根据桥上CRTS Ⅱ型板式无砟轨道结构特性，利用有限元分析方法，采用梁单元模拟钢轨，实体单元模拟轨道板、底座板和桥梁，弹簧单元分别模拟砂浆填充层和滑动层，建立CRTSⅡ型板式无砟轨道纵向力计算模型。基于现场测量的底座板厚度资料和桥梁资料，计算出模型中各单元参数值。利用当地气温资料和轨道机车类型，得到最大温升和列车制动力值，计算出温度荷载和列车制动荷载作用下底座板厚度不足处纵向力值。分析温度荷载和列车制动荷载对底座板厚度不足处屈曲的影响。     

误读与影响—五四散文和英国散文的关系

建立包含一系阻尼在内的铁道车辆垂向1/4模型,分析了时滞对系统动态特性影响。根据临界失稳分析理论,计算出了时速300 km级高速动车组的失稳临界时滞大小,分析了不同时滞区域的稳定性状态。根据系统传递特性,分析了时滞对系统频响特性的影响。对确定性激励和轨道不平顺随机激励作用下的车体振动情况进行仿真分析。频响分析和仿真结果证明了系统失稳临界时滞理论分析的正确性。     

轨道结构空间振动时变模型建立方法的研究

基于既有的轨道模型，采用有限单元法，运用弹性系统总势能不变值原理及形成矩阵的“对号入座”法则，建立了轨道结构空间振动的振动方程组。采用轨道不断“增加和缩减”技术，使该模型的质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵和荷载列阵具有时变特性，从而便于计算无限长轨道上的车辆-轨道耦合振动。以法国TGV中速动车为例，速度取200km／h，计算了12km轨道上的车辆-轨道耦合振动动力响应值，列出了部分响应曲线图。该模型的建立为开展长时间的车辆-轨道耦合随机振动奠定了基础。     

轮对-曲线轨道非线性接触系统垂向振动分析

轨道超高是高速列车曲线行驶的主要参数之一,直接影响到车辆的安全性和轨道的耐久性。为研究轮轨垂向振动状态下曲线轨道超高的影响规律,基于动力学理论建立轮轨三维实体非线性接触的有限元模型,采用瞬态动力学分析方法,在曲线轨道高低不平顺激励下研究曲线轨道超高对轮对-曲线轨道非线性接触系统的动力影响。研究结果:低速在较大超高的轨道上行驶会增大车体横向振动,不同超高的舒适速度为190 km/h;车体垂向振动随着速度的增大受超高的影响逐渐减小;倾覆系数随着速度的增大呈非线性增大,内外侧轮轨脱轨系数差异在低速较大超高轨道中最大,且随着超高的增大差异逐渐减小;速度超过160 km/h时,轨距动态扩大量会迅速增大,超高会增加轨距动态扩大量,建议采取拉杆等措施予以加固;钢轨、轨枕及道床垂向振动随着车速增大而增大,超高影响较小,可忽略;超高引起内外侧轮轨接触应力完全不一致,法向接触应力以内侧轮轨较大,切向接触应力以外侧轮轨较大;速度超过160 km/h时,轮轨接触斑动态总滑动量会迅速增大,轨道超高会引起内侧轮轨接触斑动态滑动量大于外侧,其差值随着超高的增大而增大。     

轮毂电机驱动汽车半主动悬架自适应最优控制

针对轮毂电机驱动汽车非簧载质量增加和轮毂电机不平衡电磁力带来的振动负效应,提出了一种自适应线性二次型调节器(LQR)半主动悬架控制策略,以提升轮毂电机驱动汽车的性能。考虑路面随机激励与轮毂电机不平衡电磁力的耦合作用,建立了轮毂电机驱动汽车系统的垂向、纵向与扭转振动的动力学模型。以垂向振动性能最优为目标,提出了LQR最优控制策略,将自适应遗传算法应用于确定LQR最优控制权重矩阵,以获取控制器的最优反馈悬架控制力。仿真结果表明:带有自适应LQR控制器的系统能有效提高系统的垂向与纵向性能,对簧载质量垂向与纵向振动加速度均方根值、悬架动行程均方根值、轮毂电机偏心距均方根值、轮胎动载荷均方根值和纵向驱动力波动的改善效果明显,有效提高了车辆的行驶平顺性与乘坐舒适性。     

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。     

非簧载质量和轮毂电机偏心对轮毂电机驱动电动汽车平顺性的影响

以某电动汽车(EV)为研究对象,构建了8自由度车辆动力学模型,并通过频域及时域分析探究非簧载质量增加对车辆平顺性评价指标的影响。考虑到轮毂电机因制造安装误差等原因而产生不平衡磁拉力,为探究其对车辆平顺性的影响,在ANSYS Maxwell软件中分别建立外转子永磁无刷直流轮毂电机静态偏心和动态偏心的模型,研究轮毂电机偏心情况下不平衡磁拉力特性,并在时域内分析轮毂电机驱动电动汽车在路面及轮毂电机不平衡磁拉力耦合激励下的平顺性。分析结果表明:非簧载质量增加和不平衡磁拉力导致轮胎动载荷明显增加,但座椅垂向加速度没有明显变化。     

电动汽车电驱动系统机电耦合动态特性研究

为研究典型工况下电动汽车电驱动系统机电耦合作用机理,考虑永磁同步电机动态特性及齿轮传动系统非线性时变啮合特性,建立包括永磁同步电机动态模型和齿轮传动系统动力学模型的电动汽车电驱动系统机电耦合动力学模型。在此基础上,仿真分析稳态工况、冲击载荷工况、起伏路面工况等典型工况下电动汽车电驱动系统齿轮系统扭转特性和电机定子电流的动态响应特性。仿真结果表明:驱动电机与传动系统之间存在明显的机电耦合效应;电机定子电流会受到机械传动系统啮频和转频的调制;可以通过电机定子电流监测电驱动系统齿轮传动系统的啮合振动状态。研究结果可为电动汽车电驱动系统主动减振控制策略研究提供参考。     

轮毂驱动电动车的电磁混合悬架控制研究

轮毂驱动电动车由于采用电机分布式的布置形式,造成整车非簧载质量增加,会引起车辆安全性和整车平顺性的恶化。为此,提出一种基于电磁混合控制方式的电磁悬架。以直线电机为作动器,采用主动控制与半主动控制相结合方法对整车平顺性进行改善。系统中轮毂电机采用悬置式结构,相当于一个动力吸振器,能有效分担轮胎受到的路面垂向激励。仿真分析各质量系之间的传递特性和各性能指标(车身加速度、轮胎动载荷)的幅频特性。仿真结果表明:采用悬置式结构的悬架系统在频域内能够有效抑制车轮型共振峰,并使车轮型共振频率延后至12.8 Hz附近,避免落在人体最敏感区段4~12.5 Hz,同时轮胎动载荷均方根值下降13%。在此结构基础上,以改善车辆平顺性为目标,对直线电机采用天棚控制策略。结果表明:与传统悬架相比,车身加速度降低19.8%,改善了车辆平顺性。最后,在单通道台架上进行了试验,验证了悬置式结构和天棚控制策略的可行性。     

列车编组对桥梁振动和乘坐舒适性的影响

利用三角级数法模拟了轨道的不平顺，采用列车编组和桥梁组合的模型，建立了车桥耦合振动方程。对不同列车编组作用下桥梁的竖向振动和车体加速度进行了研究，结果发现列车编组对桥梁的振动和乘坐舒适性影响很大。通过改善列车编组的方法可以提高车桥耦合振动中车辆的动态性能。     

双行星排式动力耦合机构动态特性分析

以某款混合动力汽车动力耦合机构为例,综合应用UG、ADAMS及ANSYS建立双行星排式动力耦合机构刚柔耦合动力学模型;对建立的系统动力学模型进行典型工况下的仿真分析,通过分析前后排行星轮系轮齿啮合力、轴系角加速度的时域和频域响应曲线,得到该动力耦合机构在稳态(如纯电动、巡航)和非稳态(如发动机起动)工况下的动态特性。仿真结果表明:该动力耦合机构稳态工况下动态特性峰值频率主要为低频段的旋转频率和两行星排的啮合频率及其倍频;非稳态工况初期存在瞬时冲击激励,但前排行星轮系动态特性的变化对后排行星轮系影响较小。     

微小卫星模块化结构的动力特性仿真分析

基于微小卫星模块化结构的特点，利用有限元软件ANSYS的梁和壳单元组合，建立应用于动态特性分析的有限元模型，通过10层相似结构的模块模态仿真分析，了解其结构动力特性，确定结构固有频率及振动的薄弱部位，为微小卫星结构优化设计、避免发生共振提供参考资料。     

大客车后视镜振动性能预测与结构优化

客车后视镜是驾驶员判断车周路况的重要依据,为提高客车行驶安全性,需采用有限元分析方法计算求解后视镜的动态特性。采用Hypermesh软件对后视镜做约束模态分析,得到系统的各阶固有频率及振型。利用LMS测试软件,通过锤击法测试计算系统的各阶固有频率及振型以验证仿真模型的有效性。仿真与试验结果表明:后视镜在侧向与垂向的抖动较大,且1阶固有频率偏低,在该频率的激励下易产生共振,影响安全性,需将其控制在规定阈值内。因此对传统后视镜进行结构优化并进行模态分析,仿真结果表明,改进后的结构提高了系统的一阶固有频率,很好地降低了共振的危险性,提升了整车的NVH性能。这为今后设计开发后视镜提供了预测,也为提高客车整车NVH提供了依据。     

移动荷载作用下两跨钢-混组合连续梁桥面铺装动力响应

为研究移动荷载作用下两跨钢-混组合连续梁桥面铺装系统响应,基于有限元软件ABAQUS建立两跨钢-混组合连续梁模型,桥面铺装采用线弹性本构关系,对桥面铺装层施加竖向均布移动载荷,荷载采用Fortran编写的子程序DLOAD实现,分析不同跨数、不同速度、不同载重、不同剪力钉布置和不同轴数等参数作用下,两跨钢-混组合连续梁铺装层的挠度、应力和冲击系数等动力响应。结果表明:在竖向移动荷载作用下两跨钢-混组合连续梁第二跨竖向挠度较大,随着车速的增加先增大后减小,随载重的增加而增大,并随车辆轴数的增加而增大;竖向应力在车速较高时有较大值,并随载重的增加而增大;在横向应力上,铺装层主要承受压应力,而剪力钉和主纵梁主要承受拉应力;在纵向应力上,桥梁各层主要承受压应力;剪力钉的布置对纵桥向剪应力的提高有显著作用;冲击系数随速度的提高变大并趋向稳定,随载重的增加而先减小后增大。