高速磁浮车辆弹性悬浮架动力学建模与仿真

利用Solidworks、ANSYS以及SIMPACK软件,建立了包含车辆、控制系统和弹性悬浮架的高速磁浮车辆刚弹性动力学模型,仿真分析了车辆以250km/h速度通过半径2260m平面曲线时弹性悬浮架的动态响应.结果表明,在线路扭转最为剧烈的缓和曲线中点,悬浮架弹性变形最大,其弹性扭转角最大约0.125°,悬浮臂最大垂向变形为0.44mm;悬浮架弹性变形主要在缓和曲线上得到反映,在圆曲线段上近似为一较小值,扭转变形方向在前、后缓和曲线上刚好相反.弹性悬浮架的动态响应规律与曲线通过理论是吻合的,表明磁浮车辆刚弹性动力学仿真模型是合理的.     

横风环境下铁路车辆振动响应分析

在任意拉格朗日-欧拉框架下,利用三维粘性非定常不可压缩N-S方程,k-ε两方程紊流模型,采用有限体积法建立了横风作用下列车周围空气流场的数值计算模型,运用车辆-轨道耦合动力学,分析了横风环境下风-车耦合振动响应。结果表明：与无横风作用时相比较,横风作用下,背风侧的脱轨系数和轮轨作用力有所增加,轮重减载率减小,迎风侧的脱轨系数和轮轨横向力有所减小,轮重减载率增加。相对于脱轨系数,轮重减载率对横风作用更为敏感。

Abstract：

Based upon an arbitrary Lagrangian-Eulerian scheme,the Finite Volume Method （FVM） was applied to the computation of the unsteady three-dimensional incompressible wind field around the train in cross-winds,in which the standard k-ε turbulence model was adopted. Combined with the vehicle-track coupling dynamics,analysis was carried on wind-vehicle coupling vibration in cross winds. Compared with the simulation without wind forces,in cross winds the derailment coefficient and the wheel/rail contact force of the leeward side are increased,and the wheel-load reduction coefficient is decreased; while the derailment coefficient and the wheel/rail contact force of the windward side are decreased,and the wheel-load reduction coefficient is increased. The wheel-load reduction coefficient is more sensitive to the cross wind load compared with the derailment coefficient.     

机车车辆-轨道耦合动力学实时仿真模式研究

机车车辆-轨道耦合系统不但在动力学过程中是一个复杂的系统，而且在几何结构上也是一个复杂的系统，本文在分析现有机车车辆-轨道动力学综合仿真的复杂性基础上，从仿真计算机体系结构和系统集成的角度，研究了几种考虑数值计算和可视化的综合实时仿真的方法，探讨了多线程技术，DDE技术和分布式仿真技术和计算机网络在机车车辆-轨道耦合动力学仿真中的应用，结果表明，几种方法是可行的，尤其基于DCOM仿真技术和基于离线计算的数据文件共享是很有前途的方法。     

高速铁路基础结构动态性能演变及服役安全的基础科学问题

中国高速铁路已经由大规模建造进入长期安全稳定运营阶段,如何科学维护庞大规模的高速铁路运营线路,使高速铁路长期保持高安全、高稳定、高可靠的运营品质,是我国现阶段面临的重大课题.在分析总结中国高速铁路基础结构构造特点及其复杂运营环境特点的基础上,提出了高速铁路基础结构动态性能演变及服役安全的三个基础科学问题:环境与动载耦合重复作用下高速铁路基础结构关键工程材料与结构动态性能演变,高速铁路基础结构累积变形与轨面几何形态的映射关系,基础结构劣化与高速列车-基础结构耦合系统动态性能的相互影响及演化机制;回顾评述了国内外在此方面的研究现状与最新进展;指出了本领域今后的发展趋势以及需要重点关注和加强的基础研究工作.     

高速铁路钢轨焊接区不平顺的动力效应及其安全限值研究

应用车辆–轨道耦合动力学理论及其仿真分析软件TTISIM,研究了钢轨焊接区低塌不平顺对轮轨动力响应的影响特征,分析了高速行车条件下典型焊接区低塌不平顺波长和幅值对轮轨动力响应的影响规律,在此基础上,提出了高速铁路钢轨焊接区不平顺幅值的安全限值.分析结果表明:钢轨焊接区不平顺会导致明显的轮轨冲击效应,且该冲击作用由短波不平顺所控制;高速行车条件下,轮轨动力响应随着焊接区不平顺波长的增大而减小,随行车速度和不平顺幅值的增大而增大,其中,轮重减载率指标受不平顺波长和幅值的影响更为显著,为钢轨焊接区不平顺作用下行车安全性的首要控制指标;高速行车条件下,钢轨焊接区不平顺幅值的安全限值随行车速度的增大而减小,随不平顺波长的增大而增大,叠合形不平顺幅值的安全限值受短波不平顺(波长小于0.2 m)波长和幅值的影响较大;在200~250 km/h行车速度等级,1 m直尺测量矢度条件下,余弦形低塌不平顺幅值的安全限值为0.82 mm,叠合形低塌不平顺在1 m长波幅值为其作业验收限值0.3 mm时,其短波不平顺幅值的最大安全限值为0.2 mm,叠合形不平顺幅值总的安全限值最大为0.5 mm;在250~350 km/h行车速度等级,1 m直尺测量矢度条件下,余弦形低塌不平顺幅值的安全限值为0.62 mm,叠合形低塌不平顺在1 m长波幅值为其作业验收限值0.2 mm时,其短波不平顺幅值的最大安全限值为0.14 mm,钢轨焊接区叠合形低塌不平顺幅值总的安全限值最大为0.34 mm.研究结果可为高速铁路钢轨顶面焊接区不平顺的养护维修管理提供理论参考.     

从系统工程的观点看我国铁路交通的发展策略

众所周知,我国铁路交通运输面临“旅客拥挤、货物积压”的严重紧张局面。欲从根本上解决运能与运量的矛盾,必须应用系统工程的思想,尽快发展具有中国特色的高速铁路客运系统和重载铁路货运系统。     

高速铁路多边形车轮通过钢轨焊接区的轮轨动力特性分析

车轮多边形磨耗和钢轨焊缝是轮轨界面重要的激振源,会加剧轮轨动力相互作用,严重时将威胁行车安全.既有研究主要关注单一激励作用下的轮轨动力响应,而多边形车轮通过钢轨焊接区普遍存在,对于两种激励叠加作用下的轮轨动力特性的研究尚不充分.基于此,本文采用高速车辆-板式轨道垂向耦合动力学模型,研究多边形车轮通过钢轨焊接区的轮轨动力响应特征,分析高速行车条件下车轮多边形阶数和波深对钢轨焊接区轮轨动力响应的影响规律.分析结果表明:车轮多边形不平顺变化率最大点与叠合型焊缝不平顺变化率最大点重合时,引起的轮轨动力响应波动幅值最大.多边形车轮通过钢轨焊接区时,在车轮多边形和焊缝不平顺的叠加作用下,产生了更明显的轮轨冲击效应,轮轨垂向力、轮重减载率、轮对垂向振动加速度、扣件力以及钢轨垂向振动加速度均显著增大,而对车体垂向加速度影响较小.高速行车条件下,轮轨垂向动力响应最大值整体上随着车轮多边形阶数和波深的增加而增大,在钢轨焊接区易出现轮轨瞬时脱离现象.     

高速铁路桥墩沉降与钢轨变形的映射关系(Ⅰ):单元板式无砟轨道系统

在分析钢轨随桥墩沉降变形机制的基础上,从理论上推导了桥上铺设单元板式无砟轨道条件下桥墩沉降和钢轨变形间的映射关系,给出了钢轨随桥墩沉降发生变形的解析表达式,与相应有限元模型的计算结果进行了对比,并分析了不同沉降量条件下的钢轨变形区域长度.研究结果显示解析模型和有限元模型得出的钢轨变形曲线十分吻合,表明两种模型均可用于求解单元板式轨道条件下桥墩沉降和钢轨变形的映射关系;常用跨度桥梁结构的桥墩沉降会对高速行驶的列车产生低频激励,该激振频率与车体的垂向自振频率相近,将对车体振动产生较大影响.     

机车车辆-轨道空间耦合动力学性能仿真系统

基于系统观点,采用先进的动态轮轨空间接触几何关系模型,编制了具有自主知识产权的机车车辆-轨道耦合动力学仿真系统TTISIM。该系统引入了三维建模技术和可视化技术,并建立了机车车辆和轨道基于变参数的三维动态视景环境。TTISIM仿真系统侧重于分析机车车辆在实际弹性轨道上运行的安全性、舒适性,服务于我国铁路现代化建设主战场,具有很强的工程应用价值。     

前言——记高速铁路基础结构服役安全研究专辑

正近年来,我国高速铁路的发展突飞猛进,取得了令世人瞩目的成就,为国民经济又好又快的发展做出了重要贡献.截至2013年底,我国新建高速铁路运营里程达到11152公里,高居世界第一位,中国高速铁路骨干网基本形成.我国高速铁路发展已经由大规模建造逐步进入长期安全运营管理与维护阶段,高速铁路研究与技术创新的主题也将由"设计与建造"转向"运营与维护".因此,如何科