基于柔性车体的地铁车辆垂向耦合振动规律研究

[目的]由于列车运行速度的提高和轻量化设计,使轮轨之间的动态作用力增大,从而使车辆中各部件之间振动加剧,严重影响着动力学性能,故需研究转向架与柔性车体之间的垂向耦合振动的规律。[方法]以某型号地铁车辆为研究对象,建立其包含柔性车体的刚柔耦合模型,通过相关测点的平稳性指数来研究车体结构模态与转向架悬挂模态之间垂向振动耦合关系。[结果及结论]结果表明,仅考虑车体一阶垂弯模态,当转向架的浮沉、点头频率与车体垂向一阶弯曲频率相近时,会引发柔性车体与转向架耦合共振现象,其中中部测点所受影响最大。仅考虑车体菱形变形模态和一阶扭转模态时,不会出现转向架与柔性车体耦合共振现象,但二者会受到轨道激扰共振效应现象的影响。考虑车体组合结构模态时,车体中部测点受一阶垂弯振型的影响最大,会发生柔性车体与转向架耦合共振现象;而转向架上方的车体测点则容易受到车体一阶扭转模态的影响,在部分速度级别下会发生模态共振效应。

磁浮车辆/高架桥垂向耦合动力学研究

磁浮铁路为了实现高速客运 ,大量采用了封闭式高架线路。在德国 Emsland磁浮试验线上 ,采用了混凝土简支梁和钢结构两跨连续梁作为高架线路的主要形式。本文以这两种结构形式为例建立了磁浮铁路车辆 /高架桥垂向耦合模型 ,分别对不同材料和结构形式支承梁以及不同车速时车桥耦合动力响应进行了仿真计算 ,得到两种支承梁结构下系统动力响应特征及车速对耦合系统动力影响规律 ,为磁浮高架线路设计和进一步的系统优化提供了理论依据。文末以我国青城山磁浮线现有的一组基本数据 。

车-路垂向耦合系统的动力分析

针对列车走行的实际情况 ,将轨道 -路基作为参振子结构纳入车辆计算模型 ,建立了车辆 -路基系统的垂向耦合动力分析模型。从系统的观念和体系匹配的角度研究了路基尤其是高速铁路路基设计参数与车辆运行品质的相互关系。

考虑车轨垂向耦合福州地铁振源加速度研究

为了研究福州地铁振源系统加速度,进而可以直观准确地分析土层传播规律和衰减特性,笔者建立了车轨垂向耦合振动模型,应用了福州地铁列车和轨道参数,计算了在一定车速下,振源系统各部的垂向加速度,并分析了车速的影响。结果表明,车体振动反映了自身的自振频率;转向架、轮对、支承块和道床有一定的主频集中区,且轮对和支承块在高频区还分别存在一个高频赫兹接触运动引起的第二主频。振源系统的轨道扣件和块下橡胶垫具有较好的减振能力,随着车速的增加,垂向加速度逐渐增大,同时减振效果趋于稳定。

履带车辆纵向与垂向耦合动力学模型及功率特性

越野工况履带车辆动力学是车辆越野行驶能力预测的理论基础。考虑高机动履带车辆越野行驶纵向运动和垂向运动耦合效应,提出履带车辆纵向与垂向耦合动力学建模方法。建立车辆耦合动力学模型,对车辆在典型路面上的行驶性能进行仿真,并进行实车测试验证,进而量化分析履带车辆系统的功率特性。仿真结果表明:该模型可以表征车辆在不同类型路面上行驶的动力学响应特性;在越野工况下,车体垂向、俯仰等运动将消耗部分功率,对车辆行驶速度提升有一定影响;在越野路面上行驶的履带车辆瞬时非纵向运动功率数值波动范围大,随着路面条件变差以及速度提高,非纵向运动功率占总输入功率比例增加,对总功率的需求也越大,限制了驱动功率的有效利用。研究结果可用于高机动履带车辆动力学模型构建以及车辆功率流分析。

考虑轮轨非线性接触的车辆-轨道-桥梁垂向耦合系统随机振动分析

基于列车-轨道-桥梁耦合动力学理论,考虑轮轨接触非线性,采用广义概率密度演化理论建立了列车-轨道-桥梁垂向耦合系统非线性随机振动方程。采用数论选点法结合谱表示-随机函数法生成轨道随机不平顺样本,实现了用两个随机变量和少量样本较精确地反映轨道不平顺功率谱的随机特性。以高速列车-简支梁桥上CRTSⅠ型板式无砟轨道为例,从概率及可靠度角度,考虑非线性轮轨关系中跳轨现象以及轨道随机平顺影响,对比分析了线性与非线性轮轨对车辆运行安全性的影响;计算了不同轨道谱、车辆运行速度下轮重减载率概率密度演化规律及其对车辆运行安全性影响。结果表明,建议的方法可通过较少的随机变量和样本计算得到车辆-轨道-桥梁耦合系统非线性随机动力响应及其概率分布,可为车辆运行安全性评价提供更好的指导。

车辆-道路系统垂向耦合动力分析模型

车辆在道路行驶过程中,车辆的振动与道路是相互作用和相互耦合的。把车辆简化为两自由度振动体系,将道路离散为多层体系的有限元模型,将车辆、道路视为一个整体的系统,车辆和道路分别是整个系统的一个子系统,建立了车辆-道路垂向耦合动力分析模型,推导出了车辆-道路系统的动力平衡方程组,以期为高速公路车辆与路基动力相互作用的进一步深入研究提供参考。

直线电机轨道交通系统车辆-板式轨道垂向耦合动力学模型的研究

以广州直线电机轨道交通系统板式轨道结构为例, 结合有限元理论以及直线电机的特点,建立了直线电机运载系统下的垂向耦合动力模型(包括车辆系统模型、轮轨关系模型、钢轨模型、板式轨道模型等)及其振动微分方程,并通过动力仿真试验,分析该系统的动力特性以及验证该系统的耦合动力模型。

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。

天津北三河地区垂向耦合产流模型及应用

针对平原地区下垫面多样性的特点,将天津北三河地区下垫面划分为水面、农业用地和城镇建设用地3类,分别采用不同的产流模型。由于北三河地区农业用地主要为旱地,普遍存在犁底层;因此将非饱和带分为耕作层、犁底层和基础层3部分,分别采用蓄满产流、层间超渗产流和蓄满产流耦合产流模式,并考虑犁底层中大孔隙的存在对产流的影响。用北三河第9产流分区1966、1971、1974、1975、1976年资料建立产流模型,用1977年和1982年资料进行检验,合格率达85.7%。应用结果表明,该模型符合实际情况,可以反映北三河地区的水文特点,为平原地区水文分析提供参考。

扣件胶垫刚度频变的车-线-隧垂向耦合随机振动虚拟辛分析

为了精确预测车辆转向架、车轮及轮下系统的随机振动频域响应,综合考虑扣件胶垫的低频初始刚度及其刚度频变幅度,运用无穷周期子结构的辛数学方法与虚拟激励法,建立了车-线-隧垂向耦合随机振动虚拟辛分析模型,分析了扣件胶垫频变刚度对耦合系统随机振动的影响.结果表明:扣件胶垫刚度频变对车体垂向随机振动的影响可以忽略,但会提高转向架频率57 Hz以上的随机振动,并显著提高轮对与钢轨随机振动加速度功率谱最大峰值与其对应的第1主频;扣件频变刚度使轨道结构的自振频率及向高频发生偏移,轮轨共振频带的能量也向高频区域转移,轮对加速度功率谱在频域内的分布向高频部分偏移约8.6 Hz.

车辆-轨道-路基垂向耦合模型研究综述

我国有关高速铁路动力学问题的研究已基本采用耦合动力学方法,而不再是传统的孤立系统动力学分析方法。为方便相关领域科研人员熟悉各种耦合动力学模型以解决高速铁路运营中的实际问题及指导施工,首先从轮轨动力、轨道模型、车辆模型及路基参振四个方面回顾了车辆-轨道-路基垂向耦合模型的发展历史,从模型实际应用及模型与有限元软件结合和试验验证两个方面介绍了车辆-轨道-路基垂向耦合模型的发展现状,总结了车辆-轨道-路基垂向耦合模型的发展趋势,通过归纳整理,指出有限元软件中纳入车辆系统、建立创新的"两半车"模型将是车辆-轨道-路基垂向耦合模型新的发展方向。

扣件胶垫温变特性对车辆-轨道垂向耦合动力响应的影响分析

为了更加科学的表征扣件系统的温变力学特性,以此实现车辆-轨道耦合振动的精确预测,以高速铁路WJ-7B型常阻力扣件的扣件胶垫为研究对象,采用动态力学分析仪对扣件胶垫进行温度扫描试验,将试验所得的模型参数与基于格林函数法建立车辆-轨道垂向耦合动力学分析模型相结合,采用虚拟激励法分析扣件胶垫温变对车辆、轨道的结构振动响应的影响规律。计算结果表明:扣件胶垫的模量值和损耗因子具有明显的低温敏感性;扣件胶垫的温变特性对车体的振动响应基本无影响;转向架、轮轨力、轮对、钢轨在中频段内的振动响应峰值频率随温度降低均向右迁移,峰值减小;扣件胶垫的刚度和损耗因子在玻璃化转变区数值较大,导致轮轨耦合系统的刚度和损耗因子均较大,表现为振动主频的右移和高频振动响应的衰减。

弹性轮对车辆-轨道垂向耦合系统动力学研究

建立了弹性轮对车辆 -轨道垂向耦合系统动力学模型 ,推导了弹性轮对车辆 -轨道垂向耦合系统振动微分方程。通过输入脉冲型激扰 ,对弹性轮对车辆 -轨道垂向耦合系统进行了轮轨力及轮轨接触应力的动力学仿真 。

城市雨洪垂向耦合数值模拟技术研究

在一维模型SWMM和二维模型EFDC基础上,通过动态链接库交换SWMM与EFDC的流量,实现SWMM和EFDC的动态耦合,解决了单独应用一维模型或二维模型的缺陷,能够模拟水流溢出地面后的积水分布、积水水深以及积水增长消退过程。通过对某市老城区进行建模计算,并与内涝站实测积水深度进行了对比,积水增长与消退过程与实测过程基本一致,对垂向耦合模型计算管网与地表交换流量的能力进行了检验。

基于Timoshenko梁模型的车辆-轨道耦合系统垂向随机振动分析

将钢轨视为无限长Timoshenko梁,由两层弹簧阻尼系统连续支撑,在频域建立车辆-轨道垂向耦合动力学模型。提出采用格林函数法求解钢轨运动偏微分方程,可在较宽频域内得到轨道动力响应避免模态截断频率限制,结合车辆方程求解点导纳及传递导纳,运用虚拟激励法将真实轨道谱激励作为系统输入,求解车辆-轨道系统随机振动响应,并将该弹性轨道与传统刚性轨道、简化弹簧轨道模型结果进行对比。研究结果表明,采用格林函数法求解无限长Timoshenko梁弹性轨道模型可快速实现全频域计算,得到轨道系统频率响应特性。利用虚拟激励法及叠加法,可得到轮轨多点接触工况下的车辆与轨道结构随机振动响应。采用刚性轨道结构模型会导致过高估计车辆结构在高频的振动,整个耦合系统振动响应均对速度较敏感。考虑轨道弹性影响的弹性轨道模型更符合实际,采用格林函数法求解轨道模型较为快速精确。

高速列车转向架-车体-座椅垂向耦合振动机理及悬挂参数联合优化

针对高速列车中的垂向悬挂系统参数匹配问题,应用系统工程方法,将列车转向架系统、车体及座椅系统纳入一个统一的整体大系统,建立高速列车转向架-车体-座椅耦合系统垂向动力学模型,并探讨各系统间的相互耦合作用关系;在此基础上,以人体振动舒适性最佳为目标,对轨道随机不平顺激励下的高速列车垂向悬挂系统进行多目标、多参数优化,建立高速列车转向架-车体-座椅耦合系统垂向悬挂参数联合优化方法。分析比较优化后的结果可知,悬挂系统参数优化后高速列车的乘坐舒适性显著提高,不同位置处的座椅垂向振动加权加速度方均根值降低了18.52%以上,表明所建立的高速列车转向架-车体-座椅耦合系统垂向悬挂参数联合优化方法是可行的。该研究为高速列车垂向悬挂系统参数的选取提供了有效借鉴。

颠簸路面下轮胎纵-垂向耦合状态观测及其滑移率控制研究

颠簸路面下汽车紧急制动时,由于轮胎的上下跳动,传统的防抱死制动系统为了保证车轮滑移率易频繁增压、减压,从而导致制动力不足,甚至诱发危险事故。轮胎纵-垂向耦合状态观测和基于此的修正滑移率控制方法是解决上述问题的基础。基于整车十二自由度纵-垂向耦合动力学模型和电控空气悬架系统输出信息,利用卡尔曼滤波器实时观测垂向轮胎位移和纵向参考车速;考虑颠簸路面下轮胎的上下跳动以及气压电子制动系统压力动态响应特性,提出一种基于滑模理论的修正滑移率控制策略。仿真与硬件在环试验结果表明,与传统滑移率控制方法相比,提出的方案可以准确估计垂向轮胎位移和纵向参考车速,有效提高颠簸路面下紧急制动时的制动强度,进而提升制动安全性。

基于3m波长地铁钢轨焊缝接头不平顺的轮轨响应分析

相对于1 m弦测值的焊缝接头动力学评估与管理,基于3 m波长范围的焊缝接头不平顺轮轨响应分析对其服役状态评估与管理具有重要意义。首先,基于车辆-轨道垂向耦合动力学理论建立车辆-轨道垂向耦合模型;然后,借助基于一弦N点弦测法研制的钢轨短波不平顺测量小车,对地铁线路焊缝接头不平顺进行精确测量,并根据传统弦测理论得到1 m弦测值;接着,将实测3 m波长焊缝接头不平顺和1 m弦测值作为车辆-轨道垂向耦合模型的不平顺激励输入,对比3 m波长焊缝接头不平顺和1 m弦测值激扰下的轮轨响应;最后,研究了车速和焊缝位置对轮轨动力响应的影响。结果表明:相比1 m弦测值激扰下的轮轨动力响应结果,3 m波长焊缝接头不平顺激扰下的轮轨力幅值变化不明显,轮重减载率幅值增大11.52%,钢轨加速度幅值增大54.05%,轮对振动加速度幅值增大37.67%;车速提高会导致轮轨力和轮重减载率幅值增大;焊缝中心与轨枕间的距离增加,轮轨力幅值先增加后减小,当焊缝中心距离轨枕0.1 m时,轮轨力幅值最大。

车轨桥振动系统垂向模型和空间模型的比较

分别建立了车辆-轨道-桥梁系统的垂向耦合振动模型和空间耦合振动模型，并通过功率普密度得到轨道高低不平顺的时域模拟样本，以其作为激励，分析两种模型下车辆-轨道-桥梁耦合振动系统的振动响应。通过对比相同轨道高低不平顺激励下垂向振动模型和空间振动模型的垂向振动响应计算结果，分析了两种模型的优缺点和适用性。