CAD/CAE集成的高速列车子系统仿真分析一体化平台

为了使现有的通用商业多体动力学与有限元软件能满足高速列车子系统仿真建模的需求,利用开源组件和动态封装技术实现了可扩展弹性仿真平台架构框架,并基于该框架以高速列车弓网系统为例开发了高速列车子系统仿真平台(TPL.PC).该仿真平台的构建表明,所提出的框架能够提供几何建模、网格生成与编辑、数值代码求解和三维实时可视化高速列车仿真平台所需的常用功能,解决了子系统几何模型和仿真模型在这些环节中的互用性问题,使得各异构子系统之间在仿真计算迭代步的中间结果数据和最终仿真结果文件交换通畅.

基于海量试验数据的机车车辆疲劳强度评估系统

随着测试技术的发展及跟踪试验在列车结构疲劳失效和诊断中的大规模应用,试验采样频率大幅提高,连续采样时间不断增长,从而生成了海量试验数据(单通道数据会达到TB级)。然而现有的商业软件对海量数据处理能力的不足,阻碍了海量测试数据发挥其应有的作用。在机车车辆疲劳强度线路试验或台架试验中,这一问题尤为突出。针对这一问题,本文利用C++和Pascal语言混合编程技术,给出了一种适用于海量时间历程数据雨流计数算法的具体编程实现过程,并与Matlab工具箱雨流技术算法进行了详细比较,结果表明:该算法在实现海量数据雨流循环计数的同时保证了较高的计算效率。在此算法基础上,总结梳理相关疲劳强度评定标准,开发出一套机车车辆疲劳强度评估系统(TPL.Fatigue)。在线路试验上的具体应用表明,该系统能满足海量应力时间历程数据雨流计数的要求,具有一定的实用价值。

基于单目图像的列车事故场景三维重建

为了辅助铁路事故应急救援方案的制定,提出了一种基于单目图像的列车事故场景快速三维重建方法。考虑不同应用场景的2种相机投影模型,采用SIFT算法提取图像特征并与事故列车的CAD模型相匹配,通过引入车厢之间的几何约束,将三维重建转换为求解带约束的非线性最小二乘问题,最终还原事故主体的位置与姿态。为了定量与定性验证该方法的计算效果,分别对模拟列车事故场景与真实列车事故场景进行车厢的三维重建。在模拟列车事故场景中采用了较精确的有限相机投影模型进行离线标定,在真实列车事故场景中采用了较稳定的针孔模型进行自标定。分析结果表明:通过对模拟场景的定量分析,重建两节车厢中用于测量的8个节点的最大相对误差为4.54%,平均相对误差为1.85%;通过对真实场景的定性分析,结合地形信息校正,同样能够实现车厢位置与姿态的三维还原;最终借助三维可视化引擎,可在视觉上还原整个事故环境全貌。该方法还可用于应急救援电子沙盘的开发以进行铁路事故分析和安全教育。

车辆转向架全域应力推演与实时监控

为了提高疲劳强度评定和疲劳寿命预测的可靠性与精度,基于结构可测位置应力提出了全域应力推演方法进行任意位置的应力预测。引入了基于无网格计算的径向基函数插值理论,建立了新的插值域选择规则,改进了传统Multi-Quadric(M-Q)径向基函数。为了验证改进的M-Q径向基函数的插值性能,在对转向架构架施加横向载荷为58kN,牵引载荷为55kN,垂向载荷为85kN,选取了应力不可直接测量的8个位置,分别采用改进的M-Q径向基函数与薄板样条(TPS)径向基函数进行插值精度比较。分析结果表明:采用改进的M-Q径向基函数预测的应力最大相对误差为0.090 6%,平均相对误差为0.028 4%,采用TPS径向基函数预测的应力最大相对误差为1.611 3%,平均相对误差为0.604 2%,因此,采用改进的M-Q径向基函数推演转向架构架应变片不可测位置应力的计算精度远优于采用TPS径向基函数的精度;结合改进的M-Q径向基函数插值算法,开发了一套车辆转向架全域应力推演和实时监控系统(TPL Monitoring),具有良好的交互性、实时性和可扩展性。