“车辆-轨道耦合动力学”课程思政改革探索

我国轨道交通成就斐然,是交通强国发展战略的重要组成。车辆专业研究生是轨道交通科技队伍的后备军和生力军,针对机车车辆类的研究生课程思政教学改革是十分必要的。以“车辆-轨道耦合动力学”课程为切入点,剖析了课程思政改革的必要性与难点,介绍了课程思政的建设目标,给出了围绕课程思政的课程教学改革总体构思。提出了思政教育融入课程的总体思路和具体措施,构建了融入价值观教育、民族精神、科学家精神、创新精神、职业精神教育等的课程思政主线,重点解析和挖掘了专业知识中的思政元素,有助于知识传授和课程思政的协同推进与有机融合。

城市轨道交通列车碰撞动力学参数对爬车行为的影响

[目的]为了加强城市轨道交通列车在运行过程中的被动安全性设计能力,需要研究列车碰撞动力学参数对爬车行为的影响。[方法]基于车辆-轨道耦合碰撞动力学模型、Hertz接触理论及刚体非线性连接模型,搭建了列车碰撞三维动力学仿真平台。选取速度、加速度和轮对最大抬升量作为对比参数,采用列车碰撞有限元模型来验证列车碰撞三维动力学模型的精度。基于所建立的仿真平台,选取列车结构中的部分重要参数,研究其对轮对抬升量的影响。筛选出吸能防爬装置,头车和中间车的车钩等的安装点(以下简称“安装点”)至车体质心垂向距离、车体质量、车体质心高度、二系悬挂装置垂向刚度及一系悬挂装置垂向刚度共5个敏感度较强的参数,并对其进行列车碰撞动力学敏感度分析。[结果及结论]通过列车碰撞有限元模型,验证了列车碰撞三维动力学模型的精度满足要求。列车碰撞动力学敏感度分析表明:当参数比率在0.8~1.0范围内变化时,5个敏感性参数的排序依次为二系悬挂装置垂向刚度、车体质量、车体质心高度、安装点至车体质心垂向距离、一系悬挂装置垂向刚度;当参数比率在1.0~1.2范围内变化时,上述参数的排序依次为一系悬挂装置垂向刚度、安装点至车体质心垂向距离、车体质心高度、车体质量及二系悬挂装置垂向刚度。

不同级别横风下虚拟轨道车辆动力学性能研究

为了研究虚拟轨道车辆在不同级别横风下的动力学性能,基于非线性胎地耦合关系建立了3编组虚拟轨道车辆多体动力学模型,研究虚拟轨道车辆在AW0和AW3状态下,不同级别横风对其胎地垂向力、抗倾覆稳定性、抗侧滚性能等主要动力学指标的影响。结果表明:AW0状态且低速工况下,不同风级的风载和运行速度对各编组车辆影响较小,车辆动力学性能等指标基本一致;AW3状态下,各个指标值均随着运行速度和风级的提高而增大,且AW0状态下车辆的抗倾覆稳定性总体上优于AW3状态;针对各编组车辆而言,中间车的抗侧滚性能优于头车和尾车,其中尾车的抗侧滚性能最差,但各编组之间的抗倾覆稳定性相差不大。

链式回转弹仓刚柔耦合动力学建模及特性分析

考虑到装填系统轨道输送链具有链节大、负载大、速度大的特殊性,提出一种基于相对坐标法和板单元离散方式的刚柔耦合动力学建模方法。利用邻接体的相对运动关系推导出运动学方程及体坐标与铰坐标的转化关系,建立广义坐标为独立铰坐标的动力学方程。利用有限元方法,基于板单元理论将链节和弹筒离散化,以链节为例建立单个链节的刚柔耦合动力学方程,随后通过刚-柔运动约束形式,利用增广方程形式,建立轨道输送链系统的刚柔耦合动力学方程。基于此方法,建立某弹仓(闭式轨道输送链)轨道输送链和弹筒的刚柔耦合动力学方程,并在不同工况下将基于板单元离散的数值仿真与实验结果进行对比。基于建立的刚柔耦合动力学模型,分析弹仓传动构件支撑刚度、轨道间隙等因素对弹仓系统的影响。研究结果表明:数值仿真结果与实验结果的趋势基本一致;支撑刚度对系统动态响应的影响程度取决于动力系统的结构形式和受力形式;轨道间隙的变化对系统的动态特性具有较大的影响,在工程应用中需要合理控制间隙;上下轨道错位对弹仓动态特性影响较大,需要合理控制加工装配精度。

专门论述轨道动力学程序设计的首部著作 《高速铁路轨道动力学程序设计》出版发行

雷晓燕教授撰写的专著《高速铁路轨道动力学程序设计》,日前已由科学出版社出版发行。该书为科学出版社“高速铁路轨道工程丛书”的首部专著,也是专门论述轨道动力学程序设计的首部著作。高速铁路轨道动力学属现代铁路轨道工程中的基础前沿学科,涉及高速列车-轨道耦合系统动力学理论、模型、算法及程序设计。

实测轨道不平顺激励对地铁车辆动力学性能的影响

文章基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立了考虑实测轨道不平顺激励的地铁列车-轨道空间耦合动力学模型;分析了线路实测不平顺与现有仿真常用的美国AAR6级轨道谱对列车-轨道耦合系统动力学行为的影响。结果表明:现有仿真采用的美国AAR6级轨道谱会高估轮轨相互作用状态和轨道变形,却严重低估了轨道系统的振动影响。因此,开展符合我国城市轨道交通实际状态的轨道谱的研究,能够有效提高车辆-轨道力学性能评估的准确性,使我国城市轨道交通得到进一步的发展。

EMS磁浮列车-轨道垂向耦合动力学研究

建立了ＥＭＳ磁浮列车－轨道垂向耦合动力学模型及方程，编制了系统动力学仿真程序，对于磁浮列车在单跨简支柔性轨道模型下的车－轨耦合振动进行了系统仿真。

高速列车-轨道垂向耦合动力学的研究

探讨高速列车在轨道结构上运行时的垂向耦合振动问题是列车－轨道耦合动力学更深入的理论研究。本文建立了铰接式高速列车－轨道垂向耦合动力学模型及方程，运用新型快速数值积分方法编制了这一大型系统的动力学仿真程序，对铰接式高速列车垂向动力学性能，特别是车辆与车辆之间的耦合振动以及车辆与轨道之间的动力作用进行了系统仿真分析，并与非铰接式高速列车进行了比较。结果表明。

基于刚柔耦合动力学的高速列车转向架构架振动疲劳研究

构建了考虑转向架构架高频柔性的刚柔耦合动力学模型,结合模态应力恢复方法实现了考虑轨道激励的转向架构架动应力求解。基于该模型,提出一种基于典型服役模式扫频激励的转向架构架动态薄弱位置识别方法,研究了转向架构架薄弱位置动应力在典型服役工况下的应力特征和各特征工况损伤;最后,结合京广线路分布特征,研究了转向架构架薄弱位置的损伤。结果表明:基于典型服役模式扫频激励识别的结构动态薄弱位置,能够包含传统准静态方法识别的静态薄弱位置,同时可以识别薄弱位置的敏感频带;曲线半径对转向架关键位置损伤具有显著影响,随着曲线半径的减小损伤显著增大;考虑京广线曲线和直线分布特征,计算得到的转向架构架关键位置损伤满足1200万公里设计寿命的要求。

钢弹簧失能下车辆-浮置板轨道耦合系统动力特性研究

在列车荷载作用下浮置板轨道会发生钢弹簧失能,为研究此问题对车辆-浮置板轨道系统动力特性的影响,基于车辆-轨道动力学理论,建立车辆-浮置板轨道耦合动力学模型,研究不同钢弹簧失能数量、位置、组合形式对车辆-浮置板轨道系统动力响应的影响。结果表明:当钢弹簧失能数量相同时,同一块浮置板的振动响应板中位置大于板端位置;钢弹簧失能1个时,板中位置钢轨、浮置板位移最大值分别比板端位置大0.49 mm和0.22 mm,加速度有效值分别比板端位置大13.34%和21.42%;单侧连续失能钢弹簧数量≥2个时,列车荷载作用下钢轨和浮置板垂向位移最大值均分别超出《浮置板轨道技术规范》规定的限值4 mm和3 mm;车体在频域上的振动响应主要集中在10 Hz内,钢弹簧失能会导致车体振动响应在频域上增大;单侧钢弹簧失能2个比双侧失能2个的钢轨位移最大值、加速度有效值分别增大17.75%、2.22%,比正常状态下钢轨位移、加速度分别增大37.08%,10.84%。钢弹簧失能增加了系统的振动响应,影响减振效果,应注意及时检修。

浮置板剪力铰对列车-轨道耦合系统动力学行为的影响

基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立了考虑浮置板剪力铰连接作用下的列车-钢弹簧浮置板轨道空间耦合动力学模型。将浮置板视为弹性薄板,同时考虑剪力铰对浮置板的横向与垂向约束作用,分析了直线和曲线线路条件下剪力铰对列车-轨道耦合系统动力学行为的影响。结果表明:浮置板剪力铰能明显改善轮轨动力相互作用,缓解列车通过浮置板接缝时轮轨横向力和垂向力产生的冲击;浮置板剪力铰对减小地铁列车的振动也有一定的改善作用,其对轮对振动的影响最大,对构架振动的影响次之,对车体振动的影响最小;地铁列车通过直线线路时,浮置板剪力铰对板端扣件受力的改善作用明显;地铁列车通过曲线线路时,剪力铰对浮置板的横向位移、水平面内转动角和钢弹簧横向力的改善作用比较明显,对扣件横向力影响较小。

铁磁薄膜快速稳定的磁化动力学控制

提出了亚微米铁磁薄膜磁化动力学的快速控制方案.由于自旋轨道耦合作用,外加电场所激发的自旋极化电流通过s-d交换耦合引起铁磁层的局域磁矩发生偏转.使用量子绝热捷径技术反控制法在亚微米铁磁薄膜模型中提出了电场控制方案,实现了磁化向量方向快速反转,并对电场强度进行了最优化设计.另外,分析了铁磁薄膜形状各向同性和异性下的电场控制方案.相比于现有方法,该方案将磁化向量反转时间缩短了约一个数量级,并且具有更好的鲁棒性.

高速列车与桥上板式轨道动力学仿真分析

运用轮轨关系,建立高速列车—板式轨道—桥梁系统空间耦合动力学模型。运用列车—线路—桥梁动力学仿真通用软件TTBSIM,分析高速列车以不同速度通过桥梁时,机车车辆、板式轨道及桥梁的动力特性。结果表明,桥上板式轨道能够保证行车的安全性、舒适性和桥梁结构的安全性。

横风下高速列车流固耦合动力学联合仿真

基于车辆-轨道耦合动力学和空气动力学建立了高速列车流固耦合动力学行为的联合仿真计算方法。通过将车辆-轨道耦合动力学计算程序嵌入流体力学程序中,避免了流体和固体两个求解器之间的数据交换通讯,并且采用耦合迭代步内流固边界条件气动力线性插值的办法,实现了流体和固体两个求解器时间迭代步长的独立选取,提高了计算速度。利用建立的流固耦合计算方法,研究了6级横风环境下列车以350km/h速度运行时的流固耦合动力学行为。比较了离线仿真和联合仿真两种方法下列车气动力与姿态、安全性和舒适性指标的差异。研究表明:列车-气流的流固耦合效应对头车气动力和姿态的影响显著,头车安全性指标有所恶化。

机车-轨道空间耦合动力学模型及其验证

基于车辆 -轨道耦合动力学理论 ,以六轴机车为例 ,建立了机车 -轨道空间耦合动力学模型 ,并编制了相应的计算机仿真软件。通过与实车线路试验结果进行比较 ,表明该模型及其仿真软件是正确可靠的 ,可以用于分析研究机车与轨道的动态相互作用问题 。

车辆－轨道系统横向耦合动力学的研究

本文基于车辆－轨道系统耦合动力学的基本思想，对横向耦合动力学进行了分析研究。从车辆、轨道、轮轨接触整体系统的角度，建立了车辆－轨道系统横向耦合模型，并编制了相应的计算机仿真实施软件包，用以分析高速、重载运输条件下车辆和轨道的横向相互作用，为车辆和轨道的最佳设计、最佳管理提供科学依据。

车辆轨道耦合动力学理论在现代机车车辆设计中的应用实践

介绍了车辆 轨道耦合动力学理论在新型机车车辆研制中的最新应用情况,包括在200km/h"天梭号"高速机车设计、170km/hSS7E型提速客运电力机车改进设计,以及120km/h提速货运电力机车研制中的应用实践。文章着重从提高高速机车蛇行运动稳定性、改进SS7E型客运机车横向动力性能以及降低提速货运机车轮轨动力作用等方面进行了详细论述。结果表明,车辆 轨道耦合动力学理论在现代铁路机车车辆研制中取得了显著成效,具有广阔的应用前景。

机车-轨道耦合振动对受电弓-接触网系统动力学的影响

机车与轨道、受电弓与接触网之间相互作用、相互影响，共同构成铁路大系统。本文通过建立受电弓－接触网动态相互作用模型，并运用机车－轨道耦合动力学理论分析方法，研究了机车－轨道系统对受电弓－接触网系统的振动影响问题。结果表明，列车在几何状态不良的线路上运行时，机车与轨道的耦合振动对弓网系统动态性能影响较大，特别是在较高行车速度状态下，这种影响更为明显，不容忽视。

车辆—轨道耦合动力学仿真软件TTISIM及其试验验证

TTISIM仿真软件采用现代车辆—轨道耦合动力学理论,全面考虑轨道结构参振影响及动态轮轨空间接触几何关系。结合近年来国内有关提速、脱轨、新型机车车辆动力学现场试验,对TTISIM软件进行了系统的分析验证。结果表明,用该仿真软件计算的结果与试验测量结果吻合良好,说明该仿真软件可以用来分析研究各种铁道机车车辆在不同状态线路上运行时的动力学性能。

两种类型踏面的车辆与轨道耦合动力学性能比较

采用车辆 轨道耦合动力学理论及其相应的动力学仿真软件TTISIM ,分别对锥形 (TB型 )和磨耗形 (LM型 )踏面车辆与轨道的动力学性能进行理论仿真计算 ,并对计算结果进行了详细的比较。结果表明 :LM型踏面有利于车辆动态曲线通过 ;TB型踏面对提高车辆蛇行失稳临界速度有利 ;