考虑多柔性体的车辆-轨道耦合动力学分析

发布时间：2021-01-17 05:15

　　随着列车运行速度的大幅度提高,对车辆系统动力学的计算精度提出了越来越高的要求,将轮对、构架和轨道等部件看做刚性体或仅将其中之一考虑为柔性体来分析车辆系统的运行稳定性、平稳性的传统做法亟需改进。本文综合考虑了多柔性体对车辆-轨道耦合系统的动力学行为,以CRH2型高速客车的轮对和构架以及轨道为研究对象,基于多刚体动力学理论和刚柔耦合动力学理论,将轮对、构架和轨道均考虑为柔性体,结合有限元分析软件ANSYS和多体动力学软件UM,研究了多柔性体下车辆系统的动力学响应。基于有限元软件ANSYS对轮对及构架进行模态分析,求得相应的刚度矩阵,进而得到轮对及构架的柔性体模型,并考虑轮轨接触几何关系、横向止挡、横向和垂向减振器等非线性环节,先后建立了车辆系统多刚体动力学模型、考虑轮对柔性的刚柔耦合动力学模型以及同时考虑轮对、构架柔性的刚柔耦合动力学模型。仿真计算了多刚体动力学模型和考虑轮对柔性的刚柔耦合动力学模型分别与无质量轨、移动质量轨及柔性轨道耦合时轮对的振动响应,得出了相应的非线性临界速度,合理选取了六种典型工况,对比分析了轮对刚性和柔性对车辆系统动力学性能的影响差异。结果表明,轮对的弹性效应使车... 

【文章来源】：兰州交通大学甘肃省

【文章页数】：91 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 车辆系统动力学建模的发展
    1.3 车辆系统刚柔耦合研究现状
        1.3.1 国外研究现状
        1.3.2 国内研究现状
        1.3.3 目前研究的不足
    1.4 本文研究的主要内容
2 车辆系统动力学理论基础
    2.1 多刚体系统动力学原理
        2.1.1 多刚体动力学模型建立方法
        2.1.2 轮轨弹性接触的处理
    2.2 刚柔耦合动力学理论
        2.2.1 柔性体空间描述
        2.2.2 应力应变计算
        2.2.3 刚柔耦合动力学方程
    2.3 Craig-Bampton模态集的选取
    2.4 本章小结
3 建立车辆-轨道耦合系统动力学模型
    3.1 模型考虑的非线性环节
    3.2 建立多刚体动力学模型
    3.3 建立刚柔耦合动力学模型
        3.3.1 轮对及构架有限元模型的建立
        3.3.2 模态分析
        3.3.3 建立轮对柔性的刚柔耦合动力学模型
        3.3.4 建立轮对及构架柔性的刚柔耦合动力学模型
    3.4 轨道模型的建立
        3.4.1 无质量轨道
        3.4.2 移动质量轨道
        3.4.3 柔性轨道
    3.5 本章小结
4 考虑轮对柔性的车辆-轨道耦合动态响应分析
    4.1 振动响应分析
        4.1.1 轮对的振动位移比较
        4.1.2 轮对的振动加速度比较
    4.2 非线性临界速度的对比
        4.2.1 非线性车辆系统的蛇形运动
        4.2.2 非线性临界速度的求解
    4.3 车辆系统动态曲线通过性能分析
        4.3.1 曲线线路设置
        4.3.2 安全性指标分析
        4.3.3 平稳性指标分析
    4.4 本章小结
5 多柔性体下车辆系统动力学响应
    5.1 多柔性体对振动响应的影响
        5.1.1 轮对振动响应比较
        5.1.2 构架振动响应比较
        5.1.3 功率谱密度比较
    5.2 轮轨接触特性响应分析
        5.2.1 轮轨蠕滑率
        5.2.2 轮轨接触力
        5.2.3 轮轨接触角
    5.3 多柔性体对车辆系统动力学性能的影响
        5.3.1 多柔性体对车辆系统运行稳定性的影响
        5.3.2 多柔性体对车辆系统运行平稳性的影响
    5.4 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 研究展望
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果



本文编号：2982273