车辆-轨道系统刚柔耦合动力学软件开发及动态响应特性研究
发布时间：2021-02-15 01:08
随着我国高速铁路运营速度的提高以及运营里程的逐年增加,轮轨短波伤损问题逐渐突显,例如车轮多边形磨耗、钢轨波磨、焊缝处轨面不平顺等,其引起的中高频振动不仅增加了铁路养护维修成本,对行车安全也是潜在的危害。根除或减缓这类伤损往往需要辅助更符合实际情况的建模方法和更有效的仿真软件。然而,目前车辆-轨道系统动力学软件在软件的开放性、可复用性、可扩展性和可维护性上仍有待提高,车辆-轨道系统动力学模型对柔性轮对高速转动特性的处理也有待完善。因此,需要开展考虑柔性轮对高速旋转特性的车辆-轨道耦合系统动力学研究,并开发具有良好软件架构设计,以及开放性、可扩展性和可维护性的车辆-轨道系统刚柔耦合动力学软件。用于探索高速铁路车辆-轨道系统的轮轨间高频相互作用规律及轮轨伤损情况下的车辆-轨道耦合系统动力学响应特征,为高速铁路的养护维修提供理论支撑。本文基于有限元和多体动力学理论,结合轮轨三维几何关系计算方法和轮轨接触力计算方法,建立了车辆-轨道刚柔耦合多体动力学模型。结合柔性旋转轮对模型,实现了欧拉坐标系下的柔性旋转轮对与车辆-轨道刚柔耦合多体动力学方程的耦合。设计并开发了车辆-轨道系统刚柔耦合动力学软件,...
【文章来源】：中国铁道科学研究院北京市
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 刚柔耦合多体系统动力学
1.2.2 车辆-轨道系统动力学
1.2.3 柔性轮对模型研究现状
1.2.4 轮轨伤损对车辆-轨道系统动力学影响
1.3 论文的主要工作
2 车辆-轨道刚柔耦合多体动力学模型
2.1 一般刚柔耦合多体动力学
2.1.1 运动学方程
2.1.2 动力学方程
2.1.3 柔性体的模态缩聚
2.2 车辆-轨道刚柔耦合多体动力学
2.2.1 柔性轨道动力学模型
2.2.2 轮轨接触点搜索方法
2.2.3 轮轨接触力计算方法
2.3 Manchester Benchmark模型验证
2.4 本章小节
3 柔性旋转轮对模型及其频率响应函数分析
3.1 柔性旋转轮对模型
3.1.1 拉格朗日坐标系下的旋转轮对模型
3.1.2 欧拉坐标系下的旋转轮对模型
3.2 OpenSees二次开发及欧拉坐标系下单元级计算
3.2.1 OpenSees开源有限元软件基本框架
3.2.2 欧拉坐标系下柔性旋转轮对有限元离散化计算公式
3.2.3 OpenSees柔性旋转轮对模型二次开发
3.2.4 欧拉坐标系下柔性旋转轮对与车辆-轨道系统多体动力学模型耦合求解
3.3 旋转轮对的振动模态和频率响应函数
3.3.1 轮轨力分析
3.3.2 轮对模态计算
3.3.3 轮对频率响应函数计算
3.4 本章小节
4 基于插件架构的车辆-轨道系统刚柔耦合动力学软件的设计与实现
4.1 车辆-轨道动力学软件架构设计
4.2 车辆-轨道刚柔耦合动力学平台的实现
4.2.1 Qt库和Qt Creator插件系统
4.2.2 车辆-轨道刚柔耦合动力学平台
4.3 车辆-轨道系统刚柔耦合动力学插件实现
4.3.1 车辆-轨道系统刚柔耦合动力学计算流程实现
4.3.2 模型参数导入实现
4.3.3 轮轨相关计算实现
4.3.4 车辆多体动力学计算实现
4.3.5 数据收集实现
4.4 车辆-轨道系统刚柔耦合动力学软件的开发工具链及软件测试
4.5 本章小节
5 钢轨焊缝处柔性旋转轮对响应特性
5.1 焊缝几何不平顺模型
5.2 钢轨焊缝处柔性轮对旋转效应分析
5.3 列车运行速度对车辆-轨道系统动力学的影响
5.4 焊缝几何对车辆-轨道系统动力学的影响
5.4.1 焊缝几何不同幅值
5.4.2 焊缝几何不同波长
5.5 焊缝处车辆-轨道系统刚度的影响
5.5.1 车辆系统一系悬挂参数
5.5.2 轨道扣件系统参数
5.6 本章小节
6 钢轨波磨区段柔性旋转轮对响应特性
6.1 钢轨波磨模型
6.2 钢轨波磨区段柔性轮对旋转效应分析
6.3 关键参数对车辆-轨道系统动力学的影响
6.3.1 波磨几何参数
6.3.2 扣件系统阻尼
6.3.3 轨枕间距
6.4 本章小节
7 车轮多边形旋转特性研究
7.1 车轮多边形模型
7.2 柔性多边形轮对旋转效应分析
7.3 关键参数对车轮多边形响应的影响
7.3.1 车轮多边形阶数
7.3.2 多边形磨耗程度
7.3.3 阶数和磨耗程度综合分析
7.4 不同列车运行速度下车轮多边形响应分析
7.5 本章小节
8 结论与展望
8.1 主要结论
8.2 主要创新点
8.3 展望
参考文献
作者简历及攻读博士学位期间取得的科研成果
学位论文数据集
本文编号：3034153
【文章来源】：中国铁道科学研究院北京市
【文章页数】：150 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 研究背景和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 刚柔耦合多体系统动力学
1.2.2 车辆-轨道系统动力学
1.2.3 柔性轮对模型研究现状
1.2.4 轮轨伤损对车辆-轨道系统动力学影响
1.3 论文的主要工作
2 车辆-轨道刚柔耦合多体动力学模型
2.1 一般刚柔耦合多体动力学
2.1.1 运动学方程
2.1.2 动力学方程
2.1.3 柔性体的模态缩聚
2.2 车辆-轨道刚柔耦合多体动力学
2.2.1 柔性轨道动力学模型
2.2.2 轮轨接触点搜索方法
2.2.3 轮轨接触力计算方法
2.3 Manchester Benchmark模型验证
2.4 本章小节
3 柔性旋转轮对模型及其频率响应函数分析
3.1 柔性旋转轮对模型
3.1.1 拉格朗日坐标系下的旋转轮对模型
3.1.2 欧拉坐标系下的旋转轮对模型
3.2 OpenSees二次开发及欧拉坐标系下单元级计算
3.2.1 OpenSees开源有限元软件基本框架
3.2.2 欧拉坐标系下柔性旋转轮对有限元离散化计算公式
3.2.3 OpenSees柔性旋转轮对模型二次开发
3.2.4 欧拉坐标系下柔性旋转轮对与车辆-轨道系统多体动力学模型耦合求解
3.3 旋转轮对的振动模态和频率响应函数
3.3.1 轮轨力分析
3.3.2 轮对模态计算
3.3.3 轮对频率响应函数计算
3.4 本章小节
4 基于插件架构的车辆-轨道系统刚柔耦合动力学软件的设计与实现
4.1 车辆-轨道动力学软件架构设计
4.2 车辆-轨道刚柔耦合动力学平台的实现
4.2.1 Qt库和Qt Creator插件系统
4.2.2 车辆-轨道刚柔耦合动力学平台
4.3 车辆-轨道系统刚柔耦合动力学插件实现
4.3.1 车辆-轨道系统刚柔耦合动力学计算流程实现
4.3.2 模型参数导入实现
4.3.3 轮轨相关计算实现
4.3.4 车辆多体动力学计算实现
4.3.5 数据收集实现
4.4 车辆-轨道系统刚柔耦合动力学软件的开发工具链及软件测试
4.5 本章小节
5 钢轨焊缝处柔性旋转轮对响应特性
5.1 焊缝几何不平顺模型
5.2 钢轨焊缝处柔性轮对旋转效应分析
5.3 列车运行速度对车辆-轨道系统动力学的影响
5.4 焊缝几何对车辆-轨道系统动力学的影响
5.4.1 焊缝几何不同幅值
5.4.2 焊缝几何不同波长
5.5 焊缝处车辆-轨道系统刚度的影响
5.5.1 车辆系统一系悬挂参数
5.5.2 轨道扣件系统参数
5.6 本章小节
6 钢轨波磨区段柔性旋转轮对响应特性
6.1 钢轨波磨模型
6.2 钢轨波磨区段柔性轮对旋转效应分析
6.3 关键参数对车辆-轨道系统动力学的影响
6.3.1 波磨几何参数
6.3.2 扣件系统阻尼
6.3.3 轨枕间距
6.4 本章小节
7 车轮多边形旋转特性研究
7.1 车轮多边形模型
7.2 柔性多边形轮对旋转效应分析
7.3 关键参数对车轮多边形响应的影响
7.3.1 车轮多边形阶数
7.3.2 多边形磨耗程度
7.3.3 阶数和磨耗程度综合分析
7.4 不同列车运行速度下车轮多边形响应分析
7.5 本章小节
8 结论与展望
8.1 主要结论
8.2 主要创新点
8.3 展望
参考文献
作者简历及攻读博士学位期间取得的科研成果
学位论文数据集
本文编号：3034153
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/daoluqiaoliang/3034153.html
