高速动车组车体整备垂弯频率优化研究

提出采用2种不同方法对高速动车组进行模态分析研究。以车体各个部件厚度参数为设计变量进行模态及质量的灵敏度分析,研究不同部件厚度对车体一阶垂弯频率的影响规律,并筛选8个部件作为最终设计变量,建立优化数学模型;以车体与车下主要设备连接处弹性元件的刚度参数为设计变量进行响应面分析,研究弹性元件刚度对车体一阶垂弯频率的影响规律,并对弹性元件刚度进行优化。结果表明:2种方法均取得了一定的效果,基于灵敏度分析的部件优化,使车体整备一阶垂弯频率提升了4.88%;基于响应面分析的弹性元件优化,使车体整备一阶垂弯频率提升了28.05%,大于相关标准中规定的10Hz,优化效果明显。

车辆整备状态车体垂弯频率优化方法研究

为提高轨道车辆整备状态车体垂向一阶弯曲频率,提出基于灵敏度分析和车下设备弹性吊挂参数设计方法优化车体垂向一阶弯曲频率。以车身型材骨架厚度为设计变量,用模态灵敏度理论对车体垂弯进行优化设计;结合改进车下设备与车体连接方式,研究了不同吊挂形式及刚度对车体垂向弯曲频率的影响。研究结果表明:采用灵敏度分析调整车体敏感部件厚度后,车体垂向一阶弯曲频率由9.70Hz提升至10.60Hz,但车体质量相应增加0.93 t;而采用基于车下设备弹性吊挂参数设计的方法,设置下吊设备固有频率为7Hz时,整备状态车体的垂向一阶弯曲模态频率提升至10.51Hz,相对而言基于弹性吊挂参数设计的方法更易于实际工程应用且不增加车体结构质量。

车体配重对车体1阶垂弯频率的影响分析

为研究车体配重对车体1阶垂弯频率的影响,建立了车体有限元模型,考虑了地板配重、地板枕梁内外配重比及乘员刚性和弹性连接等情况。同时对车体在空载、配重大米和定员情况下进行了模态试验。结果表明:在定员人数相同情况下,乘员弹性连接车体1阶频率比刚性连接高;在配重大米(定员78人)与定员78人相比,定员78人状态车体1阶垂弯频率比配重大米(定员78人)频率高。

提高整备车体一阶垂弯振动频率的建模方法及措施

基于计算结构动力学理论和有限元分析技术,考虑车体整备质量分布、结构及吊点刚度等,研究提高整备车体一阶垂弯振动频率的建模方法及措施。首先,基于贝努利-欧拉梁弯曲自由振动的一阶模态分析,指出质量、刚度、梁长是影响一阶垂弯自振频率的主要因素。其次,在方案设计阶段,指出基于调密度法的整备车体频率计算值与试验值接近;在详细设计阶段,细化了整备质量分布并考虑了吊装设备箱体结构和吊点刚度,建立的精细分析模型的频率计算值为10.441 Hz,仅比其试验值低0.155 Hz。最后,提出将位于一阶垂弯振型波谷位置的设备与地板滑槽连接的吊装结构设计为与底架边梁连接,可提高一阶垂弯振动频率0.431 Hz。

弹性悬挂设备对列车整备车体模态的影响分析

为研究弹性悬挂设备对列车整备车体模态的影响,将车体结构等效为自由梁,建立车体结构的n阶垂弯振动方程,并联合车体结构与设备的刚体振动,建立整备车体的刚柔耦合运动方程。通过求解系统运动方程的特征根问题,得到设备的质量、悬挂频率和悬挂位置对整备车体模态的影响规律。结果显示,当弹性悬挂设备的悬挂频率远小于车体结构1阶垂弯频率时,其质量和位置对整备车体模态影响较小,但当其悬挂频率接近车体结构1阶垂弯频率时,将使整备车体1阶垂弯频率急剧减小,且设备越靠近车体中央位置,减小越明显。