多体系统动力学与车辆动力学

工程中要研究的动力学系统越来越复杂，人工推导已很难胜任，因此，产生了多体系统动力学这一力学分支。其任务是：研究建立系统运动学或动力学方程的程式化的方法，编制出相应的计算机软体，计算机就会自动生成系统的运动学或动力学方程；开发出有效的稳定的数值计算方法，自动求解运动学或动力学方程，并以图形或图表的形式告知计算结果，现已成为工程中解决运动学或动力学问题的主要手段。目前，已有ＭＥＤＹＮＡ、ＮＵＣＡＲＳ等适用于铁道工程的多体系统动力学通用软件，已被广泛用来分析如车辆动力学、列车轨道（或桥梁）耦合系统动力学、弓网系统动力学等许多复杂问题。

第三届世界铁路研究大会学术交流综述

为迎接２１世纪对全球铁路提出的新挑战，第三届世界铁路研究大会（１９９６）为与会者提供了一个了解世界铁路研究领域最新进展的机会。本文简述大会盛况并以较大的篇幅，着重介绍ＡＡＲ（北美铁路协会）ＴＴＣ（运输技术中心）的试验手段及最新研究领域，以飨读者。

国外重载货车转向架发展综述

９６国际重载货车转向架会议对推动世界货车转向架的改进和发展有极为重要的意义。本文在分析传统三大件货车转向架所存在的问题的基础上，着重介绍了美国、加拿大等国家在重载货车转向架设计上的新进展；分析了车轮踏面损伤及其对策；论述了采用先进视频图像技术和轨道结构改进对提高故障诊断水平及降低轮轨动作用力的实际效果。文中还针对我国情况，提出了加速发展我国重载货车转向架的若干建议。

低动力作用25t轴重货车转向架的结构方案

轴重从21t提高到25t后,在1050m站线长内可提高运能19.7％,为了减轻大轴重对线路的损伤,需发展低动力作用货车转向架。根据我国国情,发展低动力作用货车转向架以三大件式作为优先试制方案。方案中采用了侧架交叉支撑杆,空、重车两级刚度弹簧,变摩擦斜楔减振器、弹性旁承、大挠度橡胶承载鞍、空心车轴、深盆形辐板新形整体铸钢车轮和悬挂参数优化匹配等措施和方法。经过计算分析和试验,得出25t轴重的转向架的动力学性能可以达到不大于23t轴重的水平,方案中的空心车轴,深盆形辐板新型整体铸钢车轮我国已研制成功。因此我国自行研制低动力作用的25t轴重货车转向架是可以实现的。

25t轴重低动力作用货车转向架研制工作进展

介绍了“八五”期间我国研制的QCZ_(56)型和C_(75D)型两种25t轴重低动力作用货车转向架的结构和动力学性能试验结果,表明两种转向架的动力学性能均达到了设计预期目标。

测力轮对连续测量的理论与实践

轮轨力测量是车辆动力学理论与实践的重要环节。利用现车辐板轮制作连续测力轮对是当今轮轨力测量的一个趋势。由于辐板轮应变复杂，没有直观的有效分析方法，测量组桥存在一定的盲目性，有交叉干扰以及接触点偏移影响等问题。本文从数学、力学、控制论等角度对测力轮对原理进行阐述，引入谐波分析建立辐板轮应变的有效分析方法，创造性地将测量组桥归结于数字滤波器设计，从而提出测力轮对连续测量新方法，在大大降低对贴片点位置要求的同时，较好地解决了以上问题，为提高现车辐板测力轮对的精度开辟了新途径。

按频带顺序排列的小波包新算法及应用

小波分析是一个国际研究热点．小波包算法结果包含了Ｍａｌａｔ算法结果．小波包原算法是按小波包基顺序排列的，本文提出按频带顺序排列的小波包新算法，数值模拟以及实际应用都说明了它的正确性和优越性．

车辆激励谱的时频转换复现技术

铁路车辆运行过程中的振动主要是因为轨道不平顺引起的强迫振动，在对车辆系统或车辆－线路（桥梁）耦合系统进行动力学分析和滚动振动台试验时，如何在时域和频域内描述车辆系统激励谱的特性，并在保持谱的频率、相位和幅值特征不丢失的情况下进行时域和频域间的转换具有非常重要的意义。本文参照现代控制理论中的远程参数控制技术，构造了车辆激励谱的保真时频转换算法，很好地解决了转换过程中谱特性丢失的问题，为系统特性试验及动力学仿真计算提供了重要手段和支持。

车辆系统动力学的符号化多体方法

通过不同角度对多体动力学方法以及在铁道车辆系统动力学中的应用进行分析比较，提出一种新的符号式建模方法。它克服了传统数字建模方法的不足，兼容大位移和小位移系统，只需建立一套非线性约束库，程式化强。最后，以铁道车辆轮对弹性定位的转向架为例，说明了它在蛇行运动稳定性分析中的应用。

高速铁路列车系统中的动力学问题

本文系统地讨论了高速铁路列车系统中存在的动力学问题，包括结构动力学、车辆动力学、空气动力学和一些耦合动力问题。重点对高速铁路列车系统中的一些特有动力现象和解决方法进行了分析与介绍，并指出了高速铁路列车系统中各个研究领域的现状和发展方向。

用摄动法求解轮轨空间两点接触变拓扑的解析式

建立了轮轨空间几何接触的精确模型，用伪弧长延拓法得到精确数值解．采用摄动法，以轮对摇头角为摄动参数，并根据轮轨接触对称性的特点，计算出摇头角对接触点坐标和广义坐标的影响系数，得到轮轨从一点接触到两点接触变拓扑切换条件的解析式．从影响系数的解析解还可以看出，在摇头角一定的情况下，轮缘接触点纵向坐标的大小是由轮缘接触角决定的，为轮轨踏面参数优化提供了依据．

精确求解轮轨三维几何接触的延拓方法

本文以独立车轮和钢轨为研究对象，建立了轮轨三维几何接触的精确模型，用伪弧长延拓法追踪非线性方程组的正则解支，避免了Ｊａｃｏｂｉ矩阵奇异，解决了轮轨两点接触问题，得到车轮处于任意位形时接触点的精确位置。计算表明，延拓法具有计算效率高、通用性强的优点。最后，分别计算了ＵＩＣ６０钢轨／Ｓ１００２轮对，ＴＢ６０ｋｇ钢轨／锥形踏面、ＴＢ６０ｋｇ钢轨／磨耗形踏面轮对的几何接触关系。

摆式客车自适应控制设计与仿真研究

以Ｘ２０００摆式客车为研究对象，用绝对坐标多体动力学方法，建立了半车平面模型动态曲线通过的动力学方程。设计了ＰＤ反馈控制器和自适应控制器。为验证控制的效果和计算轮轨力等动力学指标。对包括车体、转向架，一、二系悬挂，倾摆机构，轮轨非线性约束和虚拟车体主动约束的空间模型动态曲线通过进行了仿真计算。仿真结果表明：ＰＤ反馈控制和自适应控制能够纠正由于曲线探测信号滞后或随机干扰产生的轨迹偏离，但当控制器设计参数与实际参数不一致时，ＰＤ控制存在稳态轨迹跟踪误差，而自适应控制经过短时间的参数估计和调整，跟踪误差趋于０，其性能优于ＰＤ控制。通过控制车体的倾摆，车辆的未平衡离心加速度小于０．１ｇ，改善了乘坐舒适性，也使轮重减载率、倾覆系数略有下降。

铁道车辆动力学与控制问题的研究

采用传统悬挂方式的铁道车辆，为同时满足运行稳定性与曲线通过性能要求，在结构设计和悬挂参数的选择时．不得不进行折衷。随着铁道车辆向高速发展，要全面改善车辆的动力学性能，传统悬挂方式的潜力已接近极限，需要采用主动悬挂。本文论述了主动悬挂在铁道车辆中的应用现状，研究方法和存在的问题，并介绍了这一研究领域的最新发展方向：即多体动力学与控制理论相结合的、面向系统分析与设计并行的软件思想。

可倾式车辆的动态曲线通过与控制

本文研究了可倾式车辆曲线通过时的动态特性和车体姿态控制问题。在轨道动座标系下，采用绝对座标多体动力学方法，列写动力学方程，求解逆动力学问题得到开环控制方式驱动器的输出控制力和位移，对车辆进入曲线时的倾斜滞后，提出了修正方案，并计算出最大允许滞后时间，通过对倾摆控制失效、滞后１ｓ和滞后修正３种工况的仿真计算，得到车辆未平衡离心加速度、轮重减载率、倾覆系数、吊杆力等一些定性和定量的结果，为新型高速车辆的设计提供依据。

微分-代数型动力学模型的符号线性化方法

通过对复杂机械系统的微分代数型动力学方程各种线性化方法的比较，提出一种建立复杂机械系统线性动力学方程的符号化方法，它克服了数值摄动方法的缺点，不需另外建立线性约束库，程式化强，最后利用此方法对铁道车辆蛇行运动稳定性进行了分析．

非理想、非完整约束轮对动力学

推导了铁道车辆轮轨接触的非完整约束方程，考虑动坐标系产生的惯性力和轮对转子的陀螺力矩效应，用绝对坐标法建立了任意曲线轨道动坐标系下轮对的动力学方程，通过迭代Ｌａｇｒａｎｇｅ乘子同时得到接触点法向力（理想约束反力）和蠕滑力（非理想约束反力）。针对两点接触引起的数值积分不稳定，提出了等效一点接触模型。最后，通过验算了Ｐａｓｃａｌ考题和仿真自由轮对的蛇行运动，验证了本文轮轨模型的正确性，为开发通用车辆动力学仿真软件提供了轮轨单元。

求车辆临界速度的高效算法与优化设计

通过对车辆临界速度传统计算方法的研究，提出一种新的高效算法，它使问题的矛盾转化为求非线性代数方程的根。此方法思路清晰，具有极高的精度和效率，并结合动力学方程的多体符号化建模方法。

铁路车辆多体动力学综述

多体动力学是一般力学中的一个方兴未艾的研究领域，车辆动力学作为多体方法的一个应用方向，正越来越受到科研工作者的重视。文章结合铁路车辆的特点，介绍了多体方法的基本原理，车辆系统的多体模型，车辆多体动力学的软件工程以及国内外的应用发展概况，最后指出了目前车辆多体动力学的主要研究方向和一些有待解决的技术关键。