基于多体动力学和有限元法研究车—桥耦合振动

发布时间：2017-10-09 08:15

  本文关键词：基于多体动力学和有限元法研究车—桥耦合振动

  更多相关文章： 车桥耦合 多体动力学 联合仿真 轨道不平顺 动力响应 车轮踏面 高速铁路

【摘要】：随着我国高速铁路的发展,我国高速铁路的里程总数将又创新高。由于桥梁结构对当地交通影响较小,因此铁路桥梁受到铁路建设时的广泛使用。同时桥梁建成后列车在桥梁上的运行状态和桥梁的安全性也备受人们的关注,所以研究列车和桥梁的振动机理从而降低车桥耦合振动是十分必要的。本文使用商用多体动力学软件SIMPACK和有限元软件ANSYS进行联合仿真研究车桥耦合振动,该方法相对比以前的编程而言建模效率高,同时可以考虑车辆和桥梁各种参数变化对车桥耦合动力的影响,为分析车桥耦合振动提供了一种新的思路。基于以上方法,本文的主要工作如下:1、通过多体动力学软件SIMPACK建立了42个自由度的车辆模型,建模时兼顾了车辆模型中的非线性因素并计算其动力响应。结果表明:车辆各项动力指标符合车辆行车的一般规律验证了车辆模型的正确性。2、总结了桥梁有限元模型建立的一些基本方法及给出了振型叠加法计算桥梁动力响应的原理,列出了桥梁和车辆安全性的相关评价标准,详细说明了联合仿真的实现过程和其原理。3、基于以上理论分析了64m钢桁梁桥车桥耦合振动。结果表明:列车和桥梁的动力响应都在国家规定的相关范围内满足列车过桥时的行车安全,同时列车和桥梁的动力响应时程曲线都符合车桥耦合振动的一般规律,证明了该方法的可行性和高效性。4、考虑了轨道不平顺对高速铁路简支箱梁车桥耦合振动的影响。结果表明:轨道不平顺对列车和桥梁的动力响应都有一定的影响,虽然不平顺样本只增大了一点但对车辆的动力响应影响还是十分明显的,同时对桥梁来说增大轨道不平顺对其的振动和变形都有增大的效果,说明轨道不平顺是车-桥耦合系统的主要激励源之一。5、考虑了不同车轮踏面对车桥耦合振动的影响,对比分析了车辆中常用的LMA踏面和LM踏面。结果表明:选用不同车轮踏面对桥梁的振动和变形影响并不大,同时选用不同车轮踏面对车辆的平稳性有一定的影响,随着速度的提升使用LMA踏面的车辆的平稳性要优于使用LM踏面特别是在车辆的横向平稳性方面,故对比后可知LMA踏面更加符合高速轮轨型面匹配。综合以上分析可知,使用LMA踏面可以更好的降低车桥耦合的动力响应,提升桥梁的安全性和列车的舒适性。
【关键词】：车桥耦合 多体动力学 联合仿真 轨道不平顺 动力响应 车轮踏面 高速铁路
【学位授予单位】：华东交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441.3
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 主要符号说明8-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 研究的背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.2.1 古典理论10
• 1.2.2 近代理论10-11
• 1.2.3 国内车桥耦合的研究11-12
• 1.3 车桥研究模型的发展12-13
• 1.4 当前研究存在的问题13
• 1.5 本文的主要研究内容13-14
• 本章小结14-15
• 第二章 多体动力学原理和车辆模型的建立15-39
• 2.1 多体动力学系统简介15-18
• 2.1.1 多体动力学建模基本概念15-16
• 2.1.2 多体动力学软件SIMPACK介绍16
• 2.1.3 多体动力学中基本运动方程16-18
• 2.2 基于SIMPACK的列车模型建立18-24
• 2.2.1 车辆的拓扑结构18-21
• 2.2.2 车辆的参数选定和建模21-24
• 2.3 轮轨接触24-25
• 2.4 轨道不平顺及其数值模拟25-32
• 2.4.1 美国谱28-29
• 2.4.2 德国谱29
• 2.4.3 轨道不平顺的数值模拟29-32
• 2.5 车辆的相关评价指标及性能的评定32-38
• 2.5.1 车辆运行安全评定标准32-35
• 2.5.2 车辆运行性能的评定35-38
• 本章小结38-39
• 第三章 桥梁结构动力分析模型及车桥耦合的实现39-48
• 3.1 桥梁动力学模型39
• 3.2 桥梁模型动力学分析方法39-40
• 3.3 桥梁行车安全评价标准40-43
• 3.3.1 桥梁竖向挠度41
• 3.3.2 桥梁横向振幅41-42
• 3.3.3 桥梁振动加速度42
• 3.3.4 桥梁自振频率42-43
• 3.4 车桥耦合方法的实现43-46
• 3.4.1 桥梁有限元模型的后处理43-45
• 3.4.2 多体动力学中柔性桥梁的生成45-46
• 3.5 桥梁和车辆的数据交互原理46-47
• 本章小结47-48
• 第四章 64m钢桁梁桥车-桥耦合振动分析48-56
• 4.1 桥梁结构概况48-49
• 4.2 车-桥耦合动力分析49-55
• 4.2.1 车桥耦合振动中桥梁动力响应分析50-53
• 4.2.2 车桥耦合振动中车辆动力响应分析53-55
• 本章小结55-56
• 第五章 高速铁路简支箱梁车桥耦合振动研究56-73
• 5.1 桥梁工程概况56-57
• 5.2 桥梁有限元模型建立及其自振分析57-59
• 5.3 轨道不平顺对车桥耦合振动的影响分析59-64
• 5.3.1 轨道不平顺的选取59-62
• 5.3.2 车辆动力响应分析62-63
• 5.3.3 桥梁动力响应分析63-64
• 5.4 不同车轮踏面对车桥耦合振动的影响分析64-72
• 5.4.1 踏面外形的选择和生成65-67
• 5.4.2 车辆动力响应分析67-70
• 5.4.3 桥梁动力响应分析70-72
• 本章小结72-73
• 第六章 结论与展望73-75
• 6.1 主要工作及结论73-74
• 6.2 进一步工作展望74-75
• 参考文献75-78
• 个人简历 在读期间发表的学术论文78-79
• 致谢79

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本文编号：999098