基于模型修正的列车刚柔耦合建模及吊挂设备减振研究

摘要

高速铁路技术的快速发展为人们的生活带来了极大的便利。为了提高运行速度，高速列车采用轻量化设计及动力分散形式。轻量化设计使得整备车体质量大幅度降低，有效提高了列车的运行速度，减小了轮轨作用力，但也会导致车身刚度不足，影响车辆运行平稳性和乘坐舒适度。采用动力分散形式降低了轴重，但质量不一的多种设备吊挂于车体底部，且部分设备具有激扰源，使得车下设备易与弹性车体发生耦合振动，影响车辆的动力学性能。为了减小车体振动，提高乘坐舒适度，有必要研究车体与车下设备的耦合振动及控制方法，而高速列车动力学模型的精度和可信度是进行这些研究的必要前提，直接影响列车动力学问题的分析结果。 本文对车体各个子结构进行建模和修正研究。首先从复合材料客室地板的有限元建模方法入手，通过理论分析及仿真试验的对比，确定了车体客室地板的建模方案。随后着重研究了对动力学分析精度影响较大的车体底架组合断面结构的精细建模与等效建模方法，并基于试验模态辨识结果完成了客室地板及组合断面结构的模型修正，减小了仿真模型与真实模型的偏差，验证了建模方式的可行性。在此基础上，研究了白车身及整备车体的等效建模及修正方法，并实现了将有限元模型导入多体动力学软件，基于平稳性评价标准与模态贡献量分析研究了柔性结构的选取原则，得到了能够反映真实结构动力学特性的车体有限元模型及整车刚柔耦合模型。最后基于仿真模型研究了车下设备对车体振动的影响规律，对比了车下设备采用刚性吊挂和弹性吊挂对车体动力学性能的影响，并通过对设备质量、吊挂刚度及吊挂阻尼的分析，研究了车下设备吊挂参数的匹配设计方法。根据动力吸振器原理和隔振原理得到了吊挂连接参数的优化方案。

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