模态参数在铁道车辆运行平稳性研究中的运用

研究了运用车体模态参数来评估与分析运行平稳性的方法.设计了轨道成型滤波器和感觉滤波器,与车辆动力学方程一起,建立了铁道车辆的路-车-人统一的数学模型.针对该模型运用协方差法计算车辆的运行平稳性,分析车体的点头及浮沉振型、上心滚摆及摇头振型的模态参数对车辆垂向及横向运行平稳性的作用及影响,同时分析二系悬挂元件的刚度及阻尼系数对车体点头、浮沉、摇头及上心滚摆振型模态参数的影响.所得结论为运用模态参数来评估和改进车辆的运行平稳性提供了一定的依据.     

铁道车辆弹性车体垂向运行平稳性最优控制

采用基于轨道不平顺谱的最优控制及包括轮轴间时延的预瞄控制算法,设计了整车的主动悬挂控制规律,对铁道车辆弹性车体垂向动力学模型进行仿真分析.结果表明,基于轨道谱的预瞄控制算法在控制输出力及抑制车体的振动效果方面要略优于单纯基于轨道谱的最优控制算法;基于轨道谱的最优控制可以改善轨道至弹性车体中部的加速度传递率,在控制车体刚体振动的同时,也能抑制车体的整体弹性振动;最优控制算法对车体系统的低频振动及车体弹性一阶垂向弯曲振动控制作用明显,而对车体高频振动基本无抑制作用,据此可以帮助选择助动器的响应频率范围.     

高速铁路人车系统动力响应及乘客舒适性评价

将人体视为依附于车厢底板的单自由度系统,在考虑车体弹性振动的基础上建立高速铁路人车系统动力分析模型,以人体振动响应为基础数据研究车辆运行过程中的乘客舒适性问题.选用德国低干扰谱作为外部激励,分析人体振动与车体振动的差异,研究车辆运行速度、车体弹性振动对乘客舒适性的影响.研究结果表明:单纯采用车体振动来表征人体振动会高估乘客的舒适性等级;频率为1 Hz左右时,振动量在人体响应中有所放大,该频率处在乘客舒适性敏感频率范围内,可能会对乘客造成影响;波长15 m左右导致的激扰频率增大了人体响应,可见,长波长对人体响应的影响较为明显,以车体响应为基础的评价中难以体现这一现象.     

铝合金地铁车内低频结构噪声特性预测

针对轨道不平顺引起地铁车辆车体壁板振动产生的车内低频结构噪声问题,建立了铝合金地铁车辆车体结构有限元模型、车内声场边界元模型和车辆轨道耦合模型,进行了动力学分析,得到轨道随机不平顺激励下,车体所受激励载荷并施加于车体结构的有限元模型,在ANSYS软件中进行了车体结构谐响应分析,得到车体振动响应.将得到的车体振动响应作为边界条件传递给车内声场边界元模型,在SYSNOISE软件中计算了频率0～200 Hz范围内车内不同位置的低频结构噪声分布特性.结果表明:车内最大声压级超过75 dB;车体结构特点以及激励载荷情况直接影响车内结构噪声特性;减少轮轨激励载荷或优化车体结构,均可降低车内结构噪声.     

基于负刚度的高速动车组二维动力吸振器研究

研究基于加速度的二维动力吸振器的理论模型,提出基于车体刚性振动的二维动力吸振器控制方法,设计同时吸收车体点头、浮沉振动的二维动力吸振器.针对二维动力吸振器安装所需低动刚度要求,利用碟形弹簧的负刚度特性,设计了用于安装二维动力吸振器的高静刚度低动刚度减振元件.建立高速动车组垂向动力学非线性模型,分析二维动力吸振器对车体振动的作用.研究结果表明,二维动力吸振器可以有效抑制车体浮沉、点头振动,提高运行平稳性.     

EMS磁悬浮列车/非线性弹性轨道系统的动力学特性

建立了多车体EMS磁悬浮列车/非线性弹性轨道耦合控制系统的动力学模型.利用数值方法研究了三车体和单车体两类磁悬浮系统的动力学行为.结果表明:在运行的初始阶段,轨道对两类磁悬浮列车车体的动力响应存在很大差别.在相同的运行速度下,两类磁悬浮系统控制增益的稳定性区域不相同,进一步给出了使三车体磁悬浮列车系统保持稳定运动状态的控制增益与系统所能承受的最大悬浮干扰间的变化规律.     

气动作用下高速列车响应特性研究

该研究的总体研究目标是弄清楚在气动作用下高速列车整车与关键零部件的动力学响应特征以及对运行速度提升后出现的新现象的规律分析与总结。前期主要研究工作是针对气动-轮轨联合作用条件下高速列车动力学响应分析建立分析方法与仿真模型,分析、整理与总结实车实测数据规律,发现新现象,为计算分析模型提供相关的验证数据与条件。后期研究主要是对分析方法与计算模型的改进、完善与检验,对出现的新现象规律进行总结。后期的4项研究内容为:(1)考虑流固耦合的列车刚体动力学分析模型研究;(2)考虑流固耦合的列车刚柔体动力学分析模型研究;(3)气动载荷作用下高速列车车体振动行为及动态响应研究;(4)关键结构疲劳可靠性分析。该研究主要阐述2013年度取得的主要研究进展与阶段性成果。针对上述研究内容,主要研究成果包括:建立了高速列车流固耦合、刚柔耦合仿真模型;建立考虑一系悬挂质量效应与车体弹性的动态响应仿真模型;提出了增量谐波平衡法与线性频响函数法相结合求解高速列车系统稳态解的方法及轨道动态不平顺模拟方法;分析了考虑轨道不平顺作用下,气动载荷对高速列车直线与曲线通过时的动力学响应的影响;获得了高速列车车体振动响应随运行速度的变化特征;对高速列车系统中的内共振现象进行解释与分析;研究了高速列车侧窗受交会压力波作用下的动态响应;分析了高速列车裙板结构在气动载荷作用下的动态响应及颤振行为。     

动车组车辆地板振动问题及其优化

针对某型动车组高速运行时地板振动脚感发麻问题,对该车进行了线路运行试验.通过振动传递分析与运行舒适度分析发现,车体钢结构振动经弹性支撑元件传递至地板后,在20~50Hz频率范围的振动被放大,且该频率范围覆盖了人体腿部敏感频率,导致乘坐时脚感发麻.为进一步研究地板振动放大机理,建立了包含地板的车体精细化有限元模型,并对模型进行验证.有限元分析结果表明,原地板弹性支撑刚度参数不当,导致地板局部模态频率与车体钢结构局部模态频率接近,进而导致地板与车体底架发生局部共振现象,地板振动能量被放大.针对地板弹性支撑参数不当进行了优化研究,并对优化方案进行了试验验证.试验结果表明,优化设计有效地解决了地板振动发麻问题.     

双链式悬索桥车-桥系统的动力特性

鉴于车体点头刚度对双链式悬索桥动态响应的影响很小,采用单个移动质量-弹簧-阻尼模型模拟车辆模型,应用达朗贝尔原理和位移协调条件,推导出车-桥系统耦合振动的运动方程.考虑几何非线性及桥面不平度因素,就车辆沿桥纵轴向中心行驶和偏心行驶两种工况,探讨单个移动车辆荷载对双链式悬索桥振动响应的影响.针对车辆不同行驶速度,就该类悬索桥车辆冲击系数进行分析,理论分析与试验结果比较吻合.     

轨道高低不平顺激励下的车体振动仿真

为了得到轨道高低不平顺激励下的车体振动响应,并对车体振动情况做出评价,进而分析车辆的乘坐平稳性等级,首先建立了车体的垂向振动力学模型并列出运动微分方程,然后对轨道垂向不平顺进行了描述,并将轨道不平顺的垂向空间域功率谱转换为时频域功率谱,计算出轨道不平顺的位移时间序列,再利用Pro/E软件建立了车厢的三维模型,用动力学仿...     

铁道车辆弹性车体被动减振仿真分析

为了抑制铁道车辆车体弹性振动,提出在车体底架下方纵向安装液压减振器的方案.将车体视为均质欧拉梁,包括结构阻尼和车体液压减振器阻尼在内,建立刚柔耦合垂向动力学模型;采用基于虚拟激励法的平稳性快速算法,研究车体液压减振器对车体弹性振动的影响.研究表明,车体减振器可以有效控制车体弹性振动,减振器阻尼系数越高,对车体刚性的要求就越低.对液压减振器的安装位置分析表明,减振器越靠近车体中部,减振性能越好.本算例中,当车体减振器阻尼系数为5.0×109 N·s·m-1、垂向1阶频率在6.5 Hz以上时,即可满足200 km·h-1的平稳性要求.     

基于耦合度的铁道车辆平稳性分析

为探究转向架蛇行运动对车体异常晃动的影响程度,首先,建立了多刚体的车辆系统模型,仿真再现了横向平稳性局部恶化现象.其次,基于模糊数学的欧式贴近度准则,定义了整个车辆系统所有模态之间的耦合度,以降低系统的耦合度为目标,对车辆悬挂参数进行了优化设计.计算结果表明:转向架蛇行运动的频率与车体横向振动的固有频率相接近时,车体横向发生耦合振动,恶化横向平稳性,此时车辆系统耦合度最大.通过优选车辆的悬挂参数,可有效降低耦合度,减弱车体横向耦合振动,消除横向平稳性局部恶化现象.     

沪宁线轨道不平顺谱的分析

对国外不平顺标准谱和我国轨道不平顺统计谱进行对比,根据沪宁线的线路不平顺检测数据进行谱分析,得出沪宁线的轨道不平顺谱与美国5级铁路的不平顺谱相接近,但方向不平顺谱值较大.利用相干函数分析轨道不平顺与车体垂向和水平振动之间的关系,得出垂向振动有两个主要振动频率,其中一个频率的振动与轨道不平顺相干度较高,车体水平振动加速度有一个振动主频,也与轨道的水平不平顺具有较高的相干性.最后,建议将轨道不平顺谱作为控制轨道质量的指标之一.     

高速列车运行引起的墩顶垂向动反力特征分析

结合高速铁路系统特点,钢轨模拟为离散点支撑欧拉梁,桥梁采用模态综合法建立运动方程,在考虑梁轨和轮轨关系基础上建立了车桥动力分析模型,并结合常用跨度简支箱梁特点,分析了轨道不平顺、速度和跨度对墩顶动反力的影响规律.结果表明:中长波范围内轨道不平顺不会对墩顶垂向动反力产生明显影响;随着速度提高,梁的共振和消振造成墩顶动反力的放大和减小;不同跨度简支梁桥墩顶垂向反力特征差异明显,车长和轴距引起的频率都有不同程度体现.     

基于Lyapunov稳定性理论的磁流变半主动悬架整车控制

研究了1种磁流变减振器半主动悬架整车控制策略。对每个车轮的悬架系统，以一理想的Skyhook半主动悬架系统作为参考模型，用Lyapunov稳定性理论建立控制策略，使之追踪参考模型。以车体的俯仰角和侧倾角为控制目标建立整车模型控制法则。结果表明：此控制策略比传统的Skvhook控制策略优越，能很好地追踪参考模型，对模型参数的变化有良好鲁棒性，他车身的速度、加速度降低10％。     

货运车队悬架超轴距车联预瞄控制系统

根据车队货车运输典型的重复性特征,将车联网理论引入主动悬架控制.首先,提出一种结对车联加地理信息检测的通讯网络构架和方案,降低悬架控制数据通讯的总体需求.然后,采用超轴距预瞄控制方法,基于粒子群优化算法计算最优车距,利用当量参数改进轴距预瞄算法,有效地改善悬架综合性能.最后,通过Matlab/Simulink平台分别对车身加速度、轮胎动位移和悬架动行程3个参数影响悬架性能进行仿真分析,并借助悬架控制车联网,使超轴距预瞄的寻优算法具备更高效率的迭代过程.结果表明:超轴距预瞄具有与轴距预瞄相似的响应特性,在B级路面上的寻优算法具有更高效率的迭代过程.     

平衡悬架的振动特性分析

钢板弹簧平衡悬架是重型车辆常用的悬架结构形式。建立平衡悬架的三自由度振动模型，应用随机振动理论，导出平衡悬架系统的传递特性及车身振动加速度均方根值，对平衡悬架与普通悬架的振动特性进行对比研究，并就结构参数对平衡悬架特性的影响进行了分析。实例分析结果表明，与普通悬架相比，平衡悬架能大幅提高车辆行驶的平顺性。平衡悬架不仅适用于重型车辆，也可作为其他车辆改善行驶平顺性的结构措施。在平衡悬架的结构设计上，减小两车桥的轴距和质量差异可提高车辆的平顺性。     

侧向风作用下跨座式单轨车辆运行平稳性研究

 针对侧向风作用下跨座式城市单轨车辆的运行平稳性问题,利用多体动力学软件Adams 建立跨座式单轨车辆“车体-轮胎-轨道梁”耦合系统动力学模型,基于空气动力学原理,研究了侧向风风压中心随着车辆运动过程的变化情况,并对不同车速、风速、轨道梁线形下跨座式单轨车辆在侧向风作用时的运行平稳性进行仿真计算和对比分析,结果表明,车速和风速的变化对在侧向风条件下的跨座式单轨车辆横向加速度影响很大,会进一步影响车辆的运行平稳性,且当车速或风速过大时,车辆不满足平稳性指标,会发生失稳现象。