高速列车蛇行运动分岔类型及评价方法研究

主要研究高速列车超临界和亚临界分岔蛇行运动的基本特征和评价方法.首先考虑不同轨道激励对蛇行运行分岔图的影响，并且提出一种在轨道激励的基础上增加横向脉冲的方法，然后根据极限环波幅、构架横向加速度均方根值及轮轴横向力均方根值分别对高速列车蛇行运动稳定性进行对比.针对不同高速列车进行极限环失稳后的安全性评估，分析高速列车蛇行失稳的脱轨安全性.另外，对于具有磨耗型车轮踏面的车辆，也对其蛇行运动稳定性和运行安全性评估进行了探讨.最后，在滚动振动试验台上进行了稳定性测试，比较了不同蛇行运动稳定性评价方法并验证了仿真结果.     

中心流形-范式方法在车辆蛇行分析中的应用

应用中心流形－范式方法研究了高速车辆蛇行运动的稳定性与Ｈｏｐｆ分叉,给出了分叉解振幅系数及其稳定性判据．研究结果表明,车辆首次分叉的分叉解振幅系数主要是由非线性轮轨几何关系、线性蠕滑系数和线性悬挂参数决定的     

高速转向架车辆蛇行运动的稳定性

本文给出高速转向架车辆蛇行运动的数学模型及其非线性微分方程组，用描述函 数方法将其线性化，然后运用简捷的新的判别方法判别车辆的稳定性。对铁道部拟将 研制的高速电动车组转向架和长春客车工厂某新型转向架作了定性和定量的分析．提 出保证不发生蛇行运动的技术参数范围和原则，供设计和研制参考．     

基于多指标的钢轨打磨目标廓形设计

提出了一种基于多维度指标综合最优的钢轨打磨目标廓形设计方法,该方法通过对车辆稳定性、曲线导向性、轮轨接触特性曲线平滑性和轮轨接触点均布性等4个指标进行综合考虑,基于轮轨接触特性的逆向求解方法,实现轮轨接触特性曲线的自动优化和钢轨打磨目标廓形的计算机智能化设计.太原铁路局北同蒲线打磨应用结果表明,打磨后钢轨光带位置和实测...     

多种垂向轮轨关系的对比及改进的车-线-桥系统迭代模型的建立

对比分析非线性赫兹接触、线性赫兹接触、刚性接触这3种轮轨接触模型对车-线-桥垂向耦合系统动力分析结果的影响,并建立改进的车-线-桥耦合系统迭代计算模型。车辆模型采用多体系统动力学建立,轨道-桥梁模型采用有限元方法建立,根据不同的轮轨接触模型,建立相应的轮轨力计算公式,并采用分离迭代法计算耦合系统振动响应。在数值算例中,以高速列车通过5跨简支梁桥为计算背景,对不同轮轨接触模型的仿真计算结果进行对比分析。针对传统车-线-桥耦合系统迭代计算模型计算效率低的问题,建立改进的迭代计算模型。研究结果表明:线性赫兹接触模型与非线性赫兹接触模型得到的车体加速度、轮轨力、钢轨和桥梁的位移和加速度均较吻合,但前者的计算效率较低;忽略轮对惯性力的刚性接触模型无法得到准确的钢轨和桥梁加速度;改进模型通过建立包含轮轨接触弹簧的车辆模型来提高车辆子系统的迭代稳定性,其计算效率比传统模型提高近7倍;为保证计算结果的准确性,车-线-桥耦合振动计算中应考虑时间步内的迭代计算。     

高速客车悬挂参数对临界速度的影响研究

介绍高速客车蛇形运动和临界速度,引入蛇形运动Hopf分岔,用"升速法"和"降速法"分别求解线性临界速度和非线性临界速度.用德国低干扰轨道谱作为轨道不平顺激扰,基于多体动力学软件SIMPACK,建立高速客车仿真模型,完成参数设置.求解出高速客车线性临界速度为400 km/h,非线性临界速度为355 km/h,绘制蛇形运动Hopf分岔图.对车辆主要悬挂参数进行线性处理,通过控制变量法分析单个悬挂参数对车辆非线性临界速度的影响;对于单个悬挂参数的取值,用变化系数法逐一实验.结果表明,适当增大抗蛇行减振器阻尼,车辆稳定性提升明显,轴箱定位刚度的影响次之,横向减振器主要提高车辆的曲线通过能力,空气弹簧参数对非线性临界速度基本没有影响.     

在滑动轴承转子系统中挤压油膜阻尼器的减振特性分析

研究了挤压油膜阻尼器在具有滑动轴承支承的非线性转子动力系统中的减振特性．首先分析了滑动轴承－转子非线性动力系统的稳定性及分岔行为．研究表明：在较大不平衡量作用下，系统易发生倍周期分岔、准周期分岔，失稳转速较低．然后分析了加入挤压油膜阻尼器后的滑动轴承－转子非线性动力系统的稳定性及分岔行为．分析表明：挤压油膜阻尼器的加入，有效地改变了系统的分岔行为，提高了失稳转速，特别是在较大不平衡量作用下，其效果更加明显     

基于轮轨时变接触刚度的车辆-轨道系统垂向振动分析

采用轮轨时变接触刚度代替轮轨非线性接触力的动力效应,模拟轮轨之间的自然接触状态,将有限元理论和能量变分法用于建立车辆-轨道系统垂向统一方程。通过输入脉冲型短波及中、长波不平顺激励,计算系统的动力响应,验证本文模型的正确性,并与国内常用的轮轨密贴模型进行比较分析。研究结果表明:轮轨密贴模型在分析中、长波不平顺激励工况下的系统动力响应是可行的;但在短波不平顺激励工况下,轮轨之间的刚性处理方法将放大短波激励效应,车轮"跳轨"处理方法尚需改进。     

基于广义能量法的车辆制动稳定性分析

运用广义能量法和能量相平面方法分析了车辆转弯制动过程中的非稳态特性和能量转换特性.结合魔术公式轮胎模型,建立了考虑载荷转移的车辆9DOF非线性动力学模型.基于VBOX惯性测量技术搭建车载稳定性测量系统验证了模型的可靠性,运用广义能量法和相平面分析方法建立了车辆能量转换分析模型.在Matlab环境下仿真分析了转弯制动工况下车辆能量时变及转换特性.结果表明,车辆制动初始时间区域为车辆失稳和施加控制的关键区域,在较小转向角制动时以横摆控制为主,转向角较大时应兼顾侧向控制和横摆控制.     

高速铁路无砟轨道区段轮轨滚动噪声特性分析

为了预测与控制高速铁路无砟轨道区段轮轨表面粗糙度激扰的轮轨滚动噪声,应用车辆-轨道耦合动力学理论和声辐射理论建立了轮轨滚动噪声预测模型,计算分析了无砟轨道结构对轮轨滚动噪声的影响,研究了高速车辆运行于无砟轨道时产生的轮轨滚动噪声的特性,研究结果表明,①在无砟轨道路基区段高速列车运行产生的轮轨滚动噪声中,钢轨辐射的主要是500~2 000Hz的中、高频噪声,车轮辐射的主要是1 600~4 000Hz的高频噪声,轨道板或道床板辐射的主要是125~500Hz频段的噪声;②随着车速增加,轮轨噪声辐射的最大声级相应增加;③轮轨路旁瞬时声压级以钢轨最大,轨道板最小,车轮处于两者之间;④在距线路中心线5~50m范围内,随着水平距离加倍,高速列车轮轨噪声辐射声级相应地衰减3~6dB.     

随机激励下藻类生态系统的分岔研究

为了研究随机干扰因素与藻类生态系统稳定性之间的相互关系,运用随机非线性理论中的随机平均法和Oseledec乘性遍历定理研究了浮游动物和浮游植物构成的藻类生态系统的稳定性和分岔特性.通过对稳态概率密度的数值模拟,确定系统会发生随机Hopf分岔.研究结果表明,随机因素可以使系统稳定性发生质的变化.     

随机风载下高速列车动力学安全特性

为了研究随机风载下高速列车的动力学特性,提出一种随机风环境下高速列车安全平稳性评估方法。基于Kármán理论和Davenport相干函数通过谐波合成法建立随机风数值模拟模型,并推导随机风作用下的高速列车非定常气动载荷的计算公式。通过SIMPACK建立车辆系统动力学模型,计算不同随机风载作用下的高速列车以不同车速运行过程中的安全性指标及平稳性指标。最后,本文选择了包括脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力、Sperling平稳性指标在内的多性能指标作为目标来支持决策。通过仿真对多性能指标进行评价,验证了该模型在强风下高速列车运行动力学特性研究中的适用性。     

工程车辆橡胶悬架系统的非线性动力学特性

为深入研究工程车辆橡胶悬架的非线性动力学特性,提高车辆的行驶平顺性,建立了车辆两自由度动力学模型及包含悬架刚度立方非线性的运动微分方程,采用多尺度法和李亚普诺夫一阶近似理论求解系统的幅频响应特性、稳定性及其判定.通过数值仿真,获得了主共振和内共振条件下的非线性橡胶悬架系统在不同刚度参数时的幅频响应、转迁集与分岔.结果表明非线刚度参数对车辆系统幅频响应曲线弯曲程度、共振区大小及稳定区域的有很大影响.根据所获得的规律,合理地选择悬架的刚度参数,可以避开系统可能出现的内共振及跳跃等不稳定现象,从而有效地控制车辆的振动.     

主动四轮转向系统对高速汽车侧风稳定性的控制研究

建立了考虑侧风作用的汽车三自由度非线性动力学模型,应用基于BP神经网络的模型,参考自适应控制方法设计了主动四轮转向控制系统,并对非线性汽车模型进行了控制仿真.仿真结果表明,主动四轮转向系统能够有效的减小侧风对高速行驶汽车运动状态的影响,提高侧风稳定性.     

随机Mathieu系统的Lyapunov指数和稳定性

研究研究了Mathieu系统在随机噪声激励下的主共振响应和稳定性问题。用多尺度法分离了系统的快变项,讨论了系统的阻尼项、随机项等对系统响应的影响。求出了随机Mathieu系统的不变测度和最大Lyapunov指数,由最大Lyapunov指数可得系统几乎必然稳定的充分必要条件。     

赤潮藻类模型的非线性随机稳定性研究

基于营养盐、浮游植物之间的食物链关系,利用生物生长的生化机理,并考虑到洋流、气压、海风、水温等随机因素的影响,建立了营养盐–自养浮游植物相互作用的随机动力学模型.运用随机平均法和最大Lyapunov指数法并结合现代非线性动力学理论,对模型解的非线性随机动力学稳定性进行了分析.结果表明,随机因素的影响可能是很大的,甚至决定解的稳定性.     

含静态电压稳定裕度约束的无功优化计算

提出了一种电压稳定裕度约束无功优化新方法,通过调节系统的控制变量,能真正有效地提高系统的静态电压稳定裕度,同时取得较小的网损。该方法将电压稳定裕度约束无功优化问题分解为非线性无功优化和电压稳定裕度及其对控制变量灵敏度分析两个子问题,通过两者的交替求解实现寻优。前者采用非线性原对偶内点法求解,后者则是以连续潮流计算为基础。该方法计算速度快,对多种系统具有一定的普适性。在IEEE 14、30、118节点系统的试验结果验证了它的有效性,并发现一个系统在特定的负荷增长方式下,由于无功潮流的改变其分岔类型可能会在极限诱导分岔和鞍结分岔之间转换。     

在动静载荷作用下单圆弧波纹管膜片非线性稳定性分析

借助拟板法把单圆弧波纹管膜片处理成具有初挠度圆环板的组合结构.利用薄板薄壳的非线性弯曲理论,得到单圆弧膜片在静态和动态载荷协同作用下的非线性动力学方程组.给定该方程组的边界条件与连续条件,可以预测静态载荷及其动态载荷协同作用下膜片的挠度和张力,从而根据Galerkin方法得到单圆弧波纹管膜片非线性系统的受迫振动方程.根据Floquet指数研究了无外激励下系统的分岔问题,讨论了单圆弧波纹管膜片在平衡点领域的稳定性问题,同时考虑了系统在纯动态载荷作用和动静态载荷协同作用下其平衡位置的变化情况.研究结果表明单圆弧膜片系统在动静态载荷协同作用下比在纯动态作用下系统发生Hopf分岔更为滞后.     

横风激扰下的跨座式单轨车辆运行平稳性分析

对横风激扰下的跨座式单轨车辆的运行平稳性进行分析.首先,分别采用瞬态中国帽风载模型和非定常随机风载模型模拟动态风场,建立跨座式单轨车辆动力学模型,并将两种风载模型作为外部激励分别施加到车辆上.其次,采取数值仿真方法,分析不同车速、风速、合成风向角的跨座式单轨车辆在横风作用时的动力响应.最后,对车辆运行平稳性进行评估,计算限值下的临界安全风速,得到横风激扰下跨座式单轨车辆运行的安全区域.结果表明:车速、风速和合成风向角对跨座式单轨车辆的运行平稳性有显著影响;当车速和风速过大时,车辆会发生失稳现象.     

带有时滞随机外作用下动力学系统的响应

用状态空间方法在时域中研究带时滞随机外作用下动力学系统的瞬态或稳态响 应。随机外作用可以是平稳或非平稳过程。当使用等效线性化方法时，提出的方法可以 推广到对非线性系统的分析。应用地震波传输时建筑物的响应和车辆在不平路面上行驶 时的振动响应分析两个实例进行验证。论文所提供的方法便于在通用计算机上求解。