线路不平顺对轮对纵向振动的影响

在常规的机车车辆动力学仿真中,通常不考虑轮对的纵向自由度,可以说轮对纵向振动问题是一个长期以来被忽略的内容．本文的研究发现轮对纵向振动虽然对整车的横向稳定性影响不大,但却对整车的垂向动力学有很大的影响．当轮对纵向振动较大时,会导致机车发生纵向伴随点头的振动,恶化机车的垂向动力学性能、进一步的分析发现,剧烈的轮对纵向振动与轨道的垂向和水平不平顺关系密切．同时存在这两个不平顺是产生轮对纵向共振的前提,在光滑的轨道上不会有纵向共振发生．     

轨道不平顺速度项对车桥动力响应的影响分析

轨道不平顺的速度项对车桥动力响应的影响，在以往车桥耦合振动分析中往往被忽略．首先阐述轨道不平顺速度项的概念和求解方法，然后对是否考虑轨道不平顺速度项所产生车桥振动响应的结果进行了分析比较．结果表明，两种计算差别比较显著，考虑轨道不平顺速度项的分析结果与实测数据更为接近．     

焊缝不平顺对车辆-无砟轨道-路基系统振动特性的影响

基于车辆-轨道耦合动力学理论,应用有限元方法建立车辆-CRTSIII型板式无砟轨道-路基系统垂向耦合动力学模型,对高速车辆通过钢轨焊缝不平顺的动力学响应进行了仿真分析,并对比了不同形式钢轨焊缝不平顺对系统的影响。有限元计算结果表明:高速行车条件下,钢轨焊缝不平顺会引起车辆、轨道、路基系统动力学性能不同程度的变化,引起轮轨力响应增大,对与不平顺直接接触的轮对和钢轨振动产生较大影响,对行车舒适性影响有限。不同形式的焊缝不平顺对系统影响程度各有不同,凹、凸型焊缝不平顺对动力特性的影响相对接近,凹型焊缝不平顺叠加一短波不平顺后,对轮对和轨道结构振动加速度影响明显,轨道结构应力增大,受力状态恶化。在高速铁路日常运营维护中,应重视钢轨叠加焊缝不平顺引起的冲击振动作用。     

提速线路轨道不平顺波长的动力仿真

基于耦合动力学理论,利用有限元方法建立了车辆-轨道耦合系统振动分析模型,输入不同截止波长的不平顺数据进行动力仿真计算,以确定轨道不平顺管理波长范围.高低不平顺主要影响车体的沉浮和点头运动,引起车体垂向加速度增大;轨向不平顺主要影响车体的侧滚和摇头,引起车体横向振动加速度增大.长波不平顺的影响主要体现在车体振动上,因此本文选定车体加速度作为确定不利波长的判定指标,对提速线路200km/h和250km/h速度下轨道不平顺波长管理的范围进行了探讨,并提出了提速线路轨道不平顺波长管理的建议.     

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.     

轨道不平顺模拟器位姿反解解算及坡道模拟

为了实现轨道不平顺室内模拟,对轨道不平顺模拟器的双六自由度模拟平台位姿反解进行研究. 结合双六自由度模拟平台几何参数,在14个作动器空间向量表述基础上,利用齐次坐标矩阵建立了轨道不平顺模拟器双六自由度模拟平台位姿反解数学模型. 建立了坡道模拟对应的双六自由度模拟平台位姿协调关系模型,借助于Matlab/Simulink仿真模型进行了位姿反解解算,通过仿真模型解算结果与几何理论计算结果分析对比,表明了两种计算方法结果具有很好的一致性,验证了所建反解数学模型、位姿协调关系模型及仿真模型的准确性.      

轨道不平顺短波分量对列车-简支梁桥耦合振动的影响

轨道不平顺作为车-桥耦合振动的主要激励源,直接影响桥梁及高速列车运行的安全性和舒适性.为研究轨道不平顺中短波分量对列车-简支梁桥耦合系统动力响应的影响规律,以高速铁路32m简支箱梁为例,采用德国高速低干扰轨道不平顺谱生成轨道不平顺样本,建立了列车-轨道-桥梁耦合系统空间动力学分析模型.对比分析了5种不同最短截止波长的轨道不平顺样本对耦合系统振动响应的影响规律.研究结果表明:轨道不平顺样本中1m左右的短波长分量会显著增加轮轨力、轮重减载率、脱轨系数和桥梁跨中加速度,但对桥梁跨中位移、轮轨偏移量和车辆振动加速度的影响较小;1~2m的短波长成分是引起轮重减载率超标的主要因素,减少轨道不平顺中1~2m的短波长分量可以有效提高列车行车安全性指标.     

基于深度学习的轨道不平顺估计车体横向加速度研究

针对轨道不平顺影响行车安全和乘坐舒适性的问题,开展轨道不平顺和车体振动响应之间关联关系的研究.根据轨道不平顺与车体横向加速度数据之间的时空传递特性,基于卷积神经网络（Convolutional Neural Network, CNN）与长短期记忆网络（Long Short-Term Memory, LSTM）,建立一种CNN-LSTM组合模型.首先,对轨道不平顺与车体横向加速度之间的相干性进行分析,同时探究列车运行速度对车体横向加速度的影响,进而确定模型的输入数据;然后,对模型进行优化,确定CNN-LSTM组合模型参数细节;最后,利用CNN-LSTM组合模型、LSTM模型和多体动力学仿真模型对车体横向加速度进行估计,并与实测的车体横向加速度进行对比分析.研究结果表明：CNN-LSTM组合模型预测的平均均方根误差值为0.046,相比于LSTM模型、多体动力学仿真模型的平均均方根误差值分别减少了0.006和0.026,说明了CNN-LSTM组合模型能够对车体横向加速度进行有效估计.     

无砟轨道复合不平顺对高速行车的影响

轨道复合不平顺是由多种垂、横向不平顺叠加而成的复杂随机波,是影响轮轨动态作用和行车稳定的重要因素.为研究高速铁路无砟轨道复合不平顺对行车品质的影响,考虑轮轨间复杂接触关系建立了车辆轨道空间耦合动力学模型,分析了轨向-水平、轨向-高低、轨距-水平、轨距-高低4种复合不平顺的动力影响.结果表明:随着复合不平顺幅值的增加,轮轨力、车体加速度、轮重减载率、脱轨系数等均会增大;轮轨力、舒适性指标和安全性指标随着复合不平顺波长的增大而减小;复合不平顺幅值组合变化时,车辆动力响应对水平、高低不平顺幅值变化的敏感程度高于轨向、轨距不平顺幅值变化.长波不平顺激扰频率与车体自振频率一致或接近时,车体会出现一定的谐振,垂、横向振动加速度有所增加.     

短波随机不平顺对列车-板式无砟轨道-路基系统振动特性的影响

运用弹性系统动力学总势能不变原理及形成矩阵的"对号入座"法则,建立列车-板式无砟轨道-路基竖向振动方程组,分析列车高速运行时,短波随机不平顺对列车-板式无砟轨道-路系统振动特性的影响,并对不同种类随机不平顺对列车-板式无砟轨道-路基系统动力特性的影响进行对比研究.研究结果表明:短波随机不平顺对车体垂向加速度、路基竖向压应力影响很小,对扣件竖向压应力、轨道板及底座板弯曲应力有一定的影响,对轮轨垂向力、钢轨振动加速度、轨道板振动加速度、底座板振动加速度和CA砂浆压应力则有显著的影响,影响超过中长波随机不平顺.研究车体及路基动力特性时可以不考虑短波随机不平顺,研究无砟轨道各部件动力特性时,则应考虑短波随机不平顺.     

基于正则化RBF的轨道不平顺在线监测系统研究

为了得到列车行进过程中准确的轨道不平顺状态,提出了一种基于以太网的轨道平顺度车载实时动态监测系统,分析了系统的结构和检测原理,通过惯性基准法利用激光位移传感器和振动加速度传感器对轨道不平顺度数据进行采集,基于两传感器数据融合时间不同步、数据率不一致的特点,提出了利用正则化RBF （径向基函数）网络拟合的算法,该方法可以将不同传感器测得的不同采样周期的数据对准到同一时间点上,得到轨道不平顺结果。将拟合值和真实值进行比较,正则化RBF拟合和常规方法拟合的平均相对误差分别为1.9％和3.7％,均方误差分别为0.41和2.35,相比之下,正则化RBF网络拟合效果更好。结果表明该系统能够更真实的反应轨道的动态不平顺。     

复合型超声马达纵向振动建模

针对采用一维理论模型在研究复合型超声马达振动特性时分析结果出现误差的情况,设计一种新型双定子复合型超声马达;利用马达的对称性建立了定子纵向振动分析物理模型;将定子纵向与横向振动的动能同时引入Hamilton方程,推导了考虑马达横向振动效应的定子纵向振动分析微分方程与动力边界条件;运用Maple软件对定子运动微分方程进行求解,获得了定子纵向振动固有频率;采用有限元模型与一维理论模型时定子的纵向振动固有频率进行对比计算,并对马达原型机的固有频率进行测定.研究结果表明:所建模型比一维理论模型具有更高的分析精度;分析结果与实验值及有限元计算值吻合.     

横向振动对列车车轮多边形磨耗的影响

针对列车车轮多边形化问题,探讨分析车辆轮对横向振动对车轮多边形化的影响.基于建立的弹性车辆系统动力学模型,以288km/h和468km/h速度为算例,分别研究车辆正常运行和蛇形失稳工况下车轮与钢轨的接触状态,分析横向振动对车轮多边形磨耗的影响,得到车轮横向振动与车轮多边形磨耗阶数之间的关系.研究了车辆运行速度和车轮半径对车轮多边形磨耗的影响规律.结果表明:随着速度的增大,车轮多边形的阶数随车辆速度的变化具有重复性.在每个重复周期内,多边形阶数随速度增大而减少,速度一定时,车轮多边形阶数随车轮半径减小而减少.     

变截面桩扭转振动与纵向振动桩顶响应对比研究

利用拉普拉斯变换,对严格考虑桩土扭转耦合振动条件下,桩顶受到任意激振扭矩作用的弹性支承桩桩顶频域及时域响应进行解析求解,推导求得了桩顶速度频域响应的解析表达式和半正弦脉冲激励作用下的桩顶速度时域响应半解析解;将本文所得严格解与纵向振动严格解的桩顶速度频域和时域理论解进行对比研究,得到若干重要结论.研究成果为桩基检测中纵向振动测桩的不足给以补充.     

无砟轨道钢轨温度力的有限元分析及实验研究

为了准确掌握无砟轨道钢轨温度力变化规律并对其进行实时监测,首先建立了无砟轨道三维有限元模型,仿真分析了不同温度条件下的钢轨纵向温度力;然后利用应变法测量了无砟轨道钢轨的纵向温度力,验证仿真结果的准确性;并在此模型基础上,计算分析了20℃温度变化量条件下一跨钢轨内部应力分布情况。结果表明,不同温度条件下钢轨纵向温度力的仿真结果与实验结果吻合良好,此仿真模型能较好反映钢轨随温度变化的纵向温度力情况。仿真结果显示,轨腰纵向温度力与温度变化成线性正相关,轨底的纵向温度应力除了受到温度变化影响外,还受到扣件作用,扣件附近轨底的受力峰值高于轨头和轨腰,此处将是钢轨温度力重点监测及检查部位。     

钻柱纵向自由振动研究

提出了钻柱纵向自由振动的离散力学模型 ,根据Lagrange方程推导建立了相应的数学模型和特征值的计算式 ,并用实际算例进行了计算 .计算结果表明 ,按离散模型确定的固有振动圆频率比按连续等直杆模型确定的固有振动圆频率略小 .考虑到实际钻柱系统的非等直性 ,可以认为离散模型的精度将高于连续等直杆模型的精度     

车轮多边形对车辆振动及轮轨力的影响

针对国内车轮多边形现象日益突出,应用ANSYS和SIMPACK软件建立考虑轮对柔性的车辆刚柔耦合系统动力学模型,研究车轮多边形对车辆振动及轮轨力的影响并提出不同阶次的车轮多边形限值.研究表明:轮轨垂向力波动随车轮多边形幅值的增大而增大,但不随多边形阶次的增加而线性增大;轮对弯曲振动频率会与轮对的侧滚与转臂的点头频率相耦合,如果由车轮多边形产生的振动频率在该频率范围内,将会产生共振;根据轮轨力上限值170kN提出300km/h速度下1~20阶车轮多边形波深限值,特别是11阶车轮多边形的波深不宜超过0.07mm.