铁道车辆悬挂系统分岔动力学及半主动控制的研究

摘要

首先,该文从理论上分析了一类经典的自激振动系统—vanderPol滞后非线性系统的动力学行为.利用多尺度方法分析了该系统的一类组合共振,得到了系统组合共振解及幅频响应曲线.并运用奇异性理论分析了该系统的振幅对多频激励滞后非线性系统的分岔及原系统参数对开折参数的影响,研究了系统分岔曲线的拓扑结构及其稳定性,为系统控制指出了方向.其次,研究了车辆转向架的分岔动力学行为.基于Cooperrider简单转向架模型中存在的亚临界Hopf分岔现象,利用数值方法系统地研究了不同非线性力作用下转向架的分岔模式,得到转向架在高速运行情况下各类非线性力及踏面斜率对系统亚临界Hopf分岔、线性及非线性临界速度的影响规律.考虑的非线性作用力包括:轮轨间饱和蠕滑力;二系纵向和横向非线性阻尼力及轮缘死区接触力.此外研究中还考虑了轨道的方向不平顺、导向刚度及轮对等效踏面斜率对车辆悬挂临界速度的影响.最后,在研究转向架二系纵向阻尼力对该系统亚临界Hopf分岔影响所得结论的基础上,提出给高速客车加装二系纵向磁流变阻尼器的设想,以达到既可提高车辆非线性临界速度又衰减横向振动的目的.并以加装有二系纵向磁流变阻尼器半主动悬挂装置的高速客车为例,采用具有17个自由度的客车数学模型,对比研究了系统在被动及半主动控制下,车辆在水平平面内的平稳性.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明

关于论文使用授权的说明

第一章引言

1.1铁道车辆悬挂系统动力学及控制的研究进展

1.1.1悬挂系统分岔动力学

1.1.2车辆悬挂系统振动控制

1.2磁流变液的特点、应用状况及磁流变阻尼器的力学模型

1.2.1磁流变液的特点

1.2.2磁流变液的应用状况及磁流变阻尼器的力学模型

1.3本文研究的主要内容和创新点

第二章van der Pol滞后系统在多频激励下的动力学分析

2.1数学建模与分析

2.2组合共振定常解

2.3稳定性分析

2.4分岔曲线拓扑结构奇异性理论分析

2.5系统参数对开折参数的影响

2.6小结

第三章非线性转向架Hopf分岔分析

3.1极限环

3.2分岔

3.3系统中的非线性因素

3.3.1非线性轮轨饱和蠕滑力模型

3.3.2非线性轮缘接触力模型

3.4车辆转向架系统运动微分方程

3.5 临界速度的数值求解

3.6数值计算结果分析

3.6.1总体特性分析

3.6.2阻尼非线性对转向架Hopf分岔的影响

3.6.3蠕滑力非线性对转向架Hopf分岔的影响

3.6.4轮缘接触力对转向架Hopf分岔的影响

3.7小结

第四章车辆横向半主动控制

4.1磁流变阻尼器

4.1.1磁流变阻尼器的工作原理

4.1.2磁流变阻尼器的恢复力模型

4.1.3磁流变阻尼器参数设计

4.2车辆悬挂系统的半主动控制

4.2.1主动控制理论分析

4.2.2半主动控制策略

4.3轨道谱的随机过程模拟

4.3.1轨道谱的时域复现

4.3.2半主动客车悬架动态仿真及结果

4.4磁流变阻尼对亚临界Hopf分岔的影响

4.4.1转向架模型及运动微分方程

4.4.2转向架Hopf分岔分析

4.5小结

第五章结论

参考文献

致谢

个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文