跨坐式单轨车辆的临界侧滚角 任利惠， 季元进

跨坐式单轨车辆的抗倾覆能力显著地受到稳定轮和导向轮与轨道接触状态的影响.当转向架一侧的稳定轮离开轨道梁侧面时,跨坐式单轨车辆的抗倾覆能力将大大降低.建立了跨坐式单轨车辆的侧倾方程,推导了跨坐式单轨车辆柔性系数的计算公式,分析了稳定轮和导向轮与轨道接触状态对浮心高度和柔性系数的影响.提出使用车体临界侧滚角来衡量跨坐式单轨车辆抗倾覆能力的变化.推导了跨坐式单轨车辆的临界侧滚角的计算公式,并使用UM软件动力学仿真验证了上述公式的准确性.依据临界侧滚角讨论了稳定轮预压力合理的设置数值.当稳定轮预压力已设定时,在保证车辆具有良好的抗倾覆能力前提下,应对曲线通过设定最高限速和最低限速.     

跨坐式单轨车辆的临界侧滚角

跨坐式单轨车辆的抗倾覆能力显著地受到稳定轮和导向轮与轨道接触状态的影响.当转向架一侧的稳定轮离开轨道梁侧面时,跨坐式单轨车辆的抗倾覆能力将大大降低.建立了跨坐式单轨车辆的侧倾方程,推导了跨坐式单轨车辆柔性系数的计算公式,分析了稳定轮和导向轮与轨道接触状态对浮心高度和柔性系数的影响.提出使用车体临界侧滚角来衡量跨坐式单轨车辆抗倾覆能力的变化.推导了跨坐式单轨车辆的临界侧滚角的计算公式,并使用UM软件动力学仿真验证了上述公式的准确性.依据临界侧滚角讨论了稳定轮预压力合理的设置数值.当稳定轮预压力已设定时,在保证车辆具有良好的抗倾覆能力前提下,应对曲线通过设定最高限速和最低限速.     

风荷载作用下跨座式单轨交通系统导向轮受力和变形分析

分析了在风荷载作用下,跨座式单轨交通系统车辆和轨道梁的受力状态,建立了车辆的平衡方程和轨道梁与车辆之间的变形协调方程,用该方程可以研究单轨车辆在上述荷载作用下承压轮和稳定轮(合称导向轮)的变形和内力.并编制了计算程序,计算了不同导向轮柔度系数下轨道梁与车辆间的内力和变形,分别绘制了导向轮柔度系数与导向轮内力、车辆倾角和车辆水平横向位移的关系曲线图.     

单轴转向架跨座式单轨车辆悬挂系统参数优化分析

为了改善单轴转向架跨座式单轨车辆的曲线通过性能,对单轴转向架跨座式单轨车辆的结构及运行机理进行分析;运用SIMPACK动力学仿真软件,建立单轴式单轨车辆动力学仿真模型;然后,通过Isight多目标优化软件对单轴式单轨车辆悬挂系统参数进行灵敏度分析,得到车辆过弯时对导向力矩和走行轮侧偏力影响较大的参数;最后,以导向力矩与走行轮侧偏力为目标,采用改进型遗传算法进行多目标优化研究.结果表明:优化后单轴式单轨车辆的导向力矩比优化前减少了3.67%,走行轮侧偏力比优化前减少了6.30%,在一定程度上改善了单轴转向架跨座式单轨车辆的曲线通过性能.     

基于特征根的跨坐式独轨车辆的稳定性分析

建立了跨坐式独轨车辆的横向动力学方程 ,并在该模型中考虑了所有轮胎的径向刚度以及走行轮胎的侧偏效应和纵向滑转 .根据动力学方程的特征根分析了跨坐式独轨车辆转向架的运动稳定性 .分析结果表明跨坐式独轨车辆的转向架存在不稳定的蛇行运动 ,其临界速度取决于转向架本身的结构及参数 .特征根分析还表明 ,只有当导向轮胎和稳定轮胎同时贴靠轨道并且其径向刚度要达到一定的数值时 ,转向架的运动才是稳定的     

跨坐式单轨车耦合转向架的径向机理及参数影响

建立了跨坐式单轨车辆耦合转向架稳态曲线通过理论模型,推导了耦合转向架的径向调节机理,并推导出径向条件所需耦合参数的计算公式。建立了带有耦合转向架的跨坐式单轨车辆动力学模型,仿真了耦合转向架的曲线通过性能并验证了耦合转向架的径向调节能力,同时分析了耦合参数对耦合转向架径向调节能力及曲线通过性能的影响。研究结果表明:最佳耦合回转刚度仅与车辆结构参数及二系纵向刚度相关,合理选取耦合回转刚度可以使耦合转向架在二系悬挂系统和耦合机构的共同作用下,在圆曲线上自动达到径向位置,此时最大导向轮径向力明显减小,车辆的曲线通过安全性得到显著提高;耦合横向刚度对摇头角稳态值的影响很小,但耦合横向刚度的存在会恶化转向架在缓和曲线上的动力学性能。     

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。     

跨座式单轨交通系统动力学问题研究

跨座式单轨交通车辆的转向架和轨道梁与其他轨道交通系统不同,因而其动力学问题具有自身特点,其车桥动力耦合作用影响相对较为突出。文中通过查阅相关资料,系统总结了跨座式单轨交通动力学问题的研究现状及存在问题,为进一步的研究工作打下基础。     

单轴轮胎走行部APM车辆的动力学性能

考虑走行轮胎的侧偏效应和滤波效应,使用线性轮胎模型建立了中央导向的单轴轮胎走行部自动导向捷运系统(APM)车辆的动力学方程和Simulink仿真模型,并仿真分析了导向轮与导向轨不同接触状态对APM车辆的曲线通过性能和运行平稳性的影响.仿真结果表明:导向轮设置初始预压力不会明显改善曲线通过性能,但会显著恶化APM车辆的横向平稳性;导向轮与导向轨的间隙增加了通过曲线时走行轮的侧偏力和导向轮的导向力.综合考虑曲线通过性能和横向平稳性,导向轮与导向轨之间应留间隙,但需要控制在0~5mm.     

悬挂式单轨车辆曲线通过性仿真研究

针对悬挂式单轨车辆曲线运行平稳性和舒适性容易受到线路设计因素影响的特点,采用虚拟样机仿真平台对其曲线通过性进行了研究。首先,较系统的分析了悬挂式单轨车辆的结构及其特点;在此基础上建立了模拟悬挂式单轨车辆橡胶轮胎的轮胎模型;然后,参照悬挂式单轨车辆单节完整的拓扑图建立动力学仿真模型;最后,进行了典型工况下的悬挂式单轨车辆的仿真分析。结果显示,在曲线通过安全限速内,导向轮受力随着车辆速度的增加几乎呈线型增长;而随着曲线轨道距离的增大导向轮径向受力基本保持不变。不同曲线半径工况下,曲线通过平稳性预测结果:垂向平稳性指标最大值为2.24,横向平稳性指标最大值为2.15,二者数值均在我国国家标准《铁道车辆动力学性能评定和实验鉴定规范》(GB/T 5599-1985)规定的平稳性等级2.5以内;垂向最大加速度为0.64 m/s2,横向最大加速度为0.45 m/s2,轮重减载率最大值为0.56,均符合国际联盟颁布的《铁路运输国际标准》(UIC 505)规定。表明利用虚拟样机技术仿真平台建立的单轨车辆模型能够较好的应用于车辆的曲线通过性的评价,并能进一步应用于后续运行特性研究当中。     

跨座式单轨车轨耦合系统振动信号采集频率分析

针对跨座式单轨车轨耦合系统振动信号采集时,振动信号采集频率会对车轨耦合动力响应数据处理结果产生影响,利用有限元分析软件建立跨座式单轨车轨耦合系统模型,探究不同车速下车辆与轨道梁振动响应随振动信号采集频率变化的趋势,进而得出适宜于车辆与轨道梁振动信号采集频率范围。研究结果表明：若振动信号采集频率过低,会导致车轨耦合振动响应结果失真,采集频率过高,对结果的精度提高效果并不明显;车辆振动信号采集频率宜不低于200 Hz;轨道梁垂向、横向振动加速度信号采集频率最低值分别为600 Hz和1500 Hz,且车速越高,振动信号采集频率对轨道梁振动加速度结果准确性影响越大。     

强载荷下特种车辆倾覆运动建模与表征方法

针对特种车辆在强爆炸冲击波载荷作用下的倾覆运动状况,按照车辆离地前后的运动演化规律,基于拉格朗日方程建立了强载荷作用下特种车辆轮胎离地前后两阶段的9自由度倾覆动力学方程,确定了模型初始输入量、状态判断量和悬架行程判断量的边界条件,构建了模型的计算流程．通过对比模型计算和试验测量结果发现：横向位移和横摆角度的误差在10%以内;第一次试验计算倾覆角度92°与试验车辆倾覆状态“侧翻”一致,第二次试验计算倾覆角度446°与试验车辆倾覆状态“翻转后侧翻”一致,验证了模型的可信性．最后,基于动力学模型对倾覆运动的影响关系进行分析,提出了具有串联关系的车辆自身抵抗倾覆运动难易程度和车辆安全倾覆范围并对车辆抗倾覆稳定能力进行综合表征的方法．     

联合板索基础上板承载稳定性研究

现今使用的既抗压又抗拔基础型式存在较多的缺陷和不足,鉴于此作者构建了联合板索基础.该基础是一种新型基础型式,基于该基础钢筋混凝土上板所受重力、下压力和上拔力等竖向力以及所受水平力情况,分别研究了钢筋混凝土上板在轴心荷载和偏心荷载作用下的地基压力以及抗倾覆稳定和水平抗滑移稳定,为联合板索基础的设计施工提供了理论支撑.     

位移模式对重力式加筋土挡墙受力特性影响模型试验

为研究重力式加筋土挡墙在挡墙位移至极限主动状态下的土体受力与变形形态，通过改变埋设筋材层数、筋材强度和间距、筋材与挡墙连接方式、筋材长度及挡墙位移模式，对挡墙做了6种工况的模型试验，进行了挡墙进入极限主动状态所需最大位移量、墙内竖向土压力、靠近墙面板处水平土压力、墙顶竖向位移及筋材拉伸应变等分布规律的研究.试验结果表明：加筋可以提高挡墙达到极限主动状态所需最大位移量，减小静止状态及主动状态下靠近墙面板处土压力；挡墙进入极限主动状态时，靠近墙面板处填土表面相对沉降较大；挡墙位移对筋材应变影响很小；靠近墙面板处竖向土压力衰减量与埋深正相关，平动模式衰减量最大.加载点下竖向土压力增大量与埋深负相关.在重力式加筋土挡墙上部与底部提高筋材强度及埋设筋材层数，靠近墙面板处提高埋设筋材层数或筋材强度并将筋材与挡墙连接，结构中下部适当减少筋材长度，相比普通重力式挡墙可提高挡墙抗倾覆滑移能力，增强挡墙结构稳定性.     

考虑地震影响的地下连续墙稳定性拟静力法研究

研究了在地震作用下,地下水位、锚杆极限抗拔力、土体的内摩擦角及墙体嵌入深度对地下连续墙稳定性的影响.土压力和水压力以及墙体的惯性力利用"一般楔体地震分析法"计算.墙体的稳定性利用拟静力法,从抗倾覆安全系数和抗滑移安全系数的角度分析.实例计算结果显示:随着地震水平加速度系数的增加,其稳定性逐渐降低;非开挖侧地下水位高度、土体内摩擦角、锚杆极限抗拔力以及墙体嵌入深度对地下连续墙的稳定性也有着重要影响;此外,土体的内摩擦角对地下连续墙的抗滑移安全系数的影响比抗倾覆安全系数的影响大,而锚杆极限抗拔力对墙体抗倾覆安全系数的影响相对比较大.     

墙背土压力非线性分布对抗倾覆稳定性的影响

现行<公路路基设计规范>对挡土墙抗倾覆稳定性的设计是假定土压力分布为线性分布下进行的,没有考虑墙背实际土压力的非线性分布较假定的线性分布合力作用点高度有所提高的影响.按现行规范计算出的抗倾覆稳定性系数大于实际值,挡土墙抗倾覆稳定性设计达不到期望的安全储备.通过力学分析,导出了土压力非线性分布下合力作用点高度的计算式和抗倾覆稳定系数的计算式,建立了挡土墙抗倾覆稳定性设计的新方法.在与现行规范法对比的基础上,建议在工程实践中采用新方法对挡土墙的抗倾覆稳定性设计进行复核,并在必要时进行调整.     

独柱墩桥梁上部结构抗倾覆稳定性分析

独柱墩桥梁有施工方便、结构轻巧、占地量小的优点,也有抗扭能力弱、偏心荷载作用下倾覆问题突出的缺点,以某曲线独柱墩梁桥为依托工程,提出了4类独柱墩桥梁破坏形式;将车道荷载、车辆荷载、车队行车荷载和车队停车荷载做为4个加载工况,以有限元模拟软件为工具,求解了结构自重及二期恒载作用下以及最不利荷载作用下的桥墩各支座反力,得出桥梁上部结构在荷载作用下发生扭转变形,支座所受的力在次边墩最大;计算了依托工程在四种工况下的箱梁抗倾覆稳定系数,为今后独柱墩桥梁的抗倾覆稳定性验算提供参考。     

青藏线棚车在强横风下的倾覆稳定性

采用缩比棚车模型风洞实验的方法研究棚车在5 m高路堤和15 m高桥梁上的气动性能,得到气动力系数与侧滑角之间的关系,在此基础上,根据静力矩平衡原理建立棚车整车在轨道上倾覆及车体在转向架上倾覆的数学模型,得到车辆在直线和曲线上运行时车辆运行车速和临界倾覆风速关系.研究结果表明:路堤或桥梁上棚车的气动力系数均随着侧滑角的增大而增大,在桥梁上侧滑角为75°时达到最大值,之后稍微降低;车体在转向架上倾覆时的临界风速小于车辆整车在轨道上倾覆的临界风速,车辆的安全速度限值应当以车体在转向架上倾覆为基础进行研究;车辆在曲线上静止时,其在路堤和桥梁上的临界倾覆风速分别为37.0和39.5 m/s,当车速为100km/h时,其临界倾覆风接近30 m/s;若车辆在直线上静止时,其在路堤和桥梁上的临界倾覆风速分别为45.0和49.0 m/s,当车速为120 km/h时,在路堤或桥梁上棚车的临界倾覆风速接近33 m/s.     

高速轮轨瞬态滚动接触行为的研究

该研究建立了三维瞬态滚动接触有限元模型,用于求解速度高至500 km/h的轮轨瞬态滚动接触行为。该模型考虑了轮轨的真实几何形状,可引入任意接触面不平顺、黏着系数(或摩擦系数)沿钢轨纵向的波动及相对滑移速度对黏着系数的影响,并可考虑材料的非线性行为。不同的切向接触载荷,即不同运动状态下的车轮所承受的驱动或制动力,由施加于车轴的随时间变化的扭矩来控制。模型采用显式有限元方法,其条件稳定特性决定了计算时间步长需取值极小,这使得该模型适合于时域内求解轮轨高速滚动过程中的高频动态或瞬态现象,如分析轮轨接触表面短波长缺陷处(钢轨焊接接头、波浪形磨损和车轮扁疤等)的轮轨瞬态冲击响应。另外,模型中充分考虑了车辆转向架和轨道子系统的主要部件,数值重现了三维轮对的真实滚动行为,因此车辆—轨道的耦合作用、与高速滚动相关的自旋、陀螺仪效应等因素均包含于模型之中。过去一年多,应用上述三维高速瞬态滚动接触有限元模型进行了一系列研究。不同速度的模拟结果发现,500 km/h以下速度对光滑接触表面上压力分布的影响可以忽略,而相应的应变率随速度增加而增加。针对很多国家出现的钢轨表面塌陷现象,即钢轨接触带内出现的具有两瓣特征且第二瓣更大的局部滚动接触疲劳损伤,也进行模拟研究,结果显示其发生应该与轨下胶垫的刚度有很大关系。车轮滚过钢轨短波波磨的瞬态接触结果显示,轮轨接触力在波磨段呈现出明显的波动,且当波深足够深时,接触状态会在滚滑—滑动—滚滑间反复震荡,从而导致V-M应力与摩擦功的波动。跟传统的基于多体动力学的车辆—轨道耦合动力学结果相比,发现传统模型夸大了轮轨间的接触刚度。另外,随相对滑动速度变化的摩擦力模型被发现对轮轨间的切向滚动接触具有重要的影响。     

独柱墩桥梁抗倾覆分析与加固研究

为减小因车辆偏载、温度作用等可变作用对独柱墩桥梁产生的倾覆破坏，在总结先前学者和专家对独柱墩桥梁抗倾覆分析及加固研究的基础上，以支座反力法和稳定系数法为理论依据，采用Midas/Civil有限元软件对加固后的独柱墩现浇连续箱梁桥进行倾覆稳定性分析。结果表明：两种加固方法都可以提高桥梁的横向抗倾覆性能，采用增设盖梁和支座与采用增设抗拔约束装置加固方法相比，独柱墩支座受压承载力明显减小，稳定系数大幅度提高，独柱墩被加固后的3支座体系可改善桥梁结构受力状态，增设盖梁和支座加固法对独柱墩桥梁抗倾覆安全性优于增设抗拔约束装置加固法。