轮对柔性对高速列车曲线通过性能影响研究

摘要

由于我国高速列车运营速度的高速化和车辆结构设计的轻量化，导致了车辆系统的主要结构部件弹性振动加剧，而高频的弹性振动会引起轮轨磨耗增加、轮轨噪声增大、车轮变得不圆顺、车辆的舒适性和安全性降低等问题。因此，考虑车辆系统主要结构部件自身的柔性特性对车辆系统动力学性能的影响已不容忽视，并且材质一般都具有弹性，如果考虑为柔性，将更加符合实际情况。本文将CRH2型动车组的拖车轮对考虑为柔性体，研究其对车辆曲线通过性能的影响，并与车辆多刚体系统模型的计算结果做了对比分析。
　　首先基于多体系统动力学分析软件SIMPACK，根据CRH2拖车的动力学参数建立车辆多刚体系统模型。其次利用SolidWorks对CRH2动车组拖车轮对进行实体建模，将其导入HyperMesh中进行网格划分，将生成的轮对有限元模型导入到ANSYS中进行子结构分析和模态分析，通过子结构分析和模态分析分别提取轮对的质量、刚度和阻尼矩阵以及轮对的固有频率和模态振型。最后将提取的柔性轮对信息输入到SIMPACK中生成柔性轮对模型，建立考虑轮对柔性的车辆刚柔耦合系统模型。
　　以德国低干扰谱为轨道激励，对两种模型在不同的曲线工况下的动态响应进行对比分析，研究车辆的曲线通过性能。由计算结果可知，柔性轮对模型的车体加速度和Sperling指数均略大于刚性轮对模型，轮对柔性对车辆运行平稳性的影响较小;考虑轮对的柔性后，车辆通过曲线时的轮轨横向力、轮轴横向力和脱轨系数增幅明显，对轮轨垂向力和轮重减载率的影响较小。
　　利用车辆刚柔耦合系统模型，研究曲线半径、超高、缓和曲线长度和轨底坡等曲线设计参数对车辆曲线通过性能的影响。研究结果表明:适当增加曲线半径可以降低车体横向加速度、横向Sperling指数、轮轴横向力、轮重减载率和外侧车轮的轮轨垂向力、轮轨横向力和脱轨系数，曲线半径过大对车辆动力学性能的提升不明显;当均衡超高为70mm时，设置超高为90mm，即车辆处于较小的过超高状态时，车辆的运行平稳性和安全性更好;适当增加缓和曲线的长度能有效降低轮重减载率，但对其它动力学性能指标的影响较小;适当调整轨底坡对车辆运行的平稳性和安全性的影响较小，综合考虑各动力学指标的变化可知，当轨底坡为1/40时，车辆运行的平稳性和安全性更好。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 论文的主要研究内容

2 柔性轮对SIMPACK仿真模型

2．2．1 于结构分析基本理论

2．2．2 轮对子结构分析

2．3 轮对模态分析

2．4 柔性轮对SIMPACK仿真模型的建立

2．5 本章小结

3 CRH2拖车SIMPACK仿真模型

3．1 刚柔耦合系统动力学基本理论

3．2 CRH2拖车SIMPACK仿真模型的建立

3．3 轮轨接触关系

3．4 轨道随机不平顺激励模型

3．5 本章小结

4 轮对柔性对车辆曲线通过性能的影响

4．1 曲线线路设置

4．2 轮对柔性对车辆运行平稳性的影响

4．3 轮对柔性对车辆运行安全性的影响

4．4 本章小结

5 曲线设计参数对车辆曲线通过性能的影响

5．1 曲线半径

5．2 超高

5．3 缓和曲线长度

5．4 轨底坡

5．5 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果