基于铁道车辆动力学仿真的特征谱研究

摘要

高速动车组随着运行速度的提高，其动态环境急剧恶化，车辆的稳定性、安全性、平稳性均会受到很大的影响。为了保证铁道车辆在运营时良好的动力学性能，需要对车辆进行各项动力学试验和动力学仿真研究。车辆动力学仿真不仅是车辆设计的主要理论支撑，也是车辆试验的重要补充手段，更是极端工况评估不可替代的工具。在进行车辆动力学仿真分析及动力学性能评估时，首先需要确定作用于车辆的轨道激扰输入类型。目前车辆动力学仿真多采用轨道随机谱，如美国的6级谱、德国谱、武广谱等，选用不同的随机谱对车辆动力学性能进行评估时，其结果往往不同，同时轨道随机谱本身存在随机性，这就造成了车辆动力学性能评估的不确定性。因此，很有必要研究确定波长和幅值的轨道特征不平顺谱，在轨道特征不平顺谱激扰下，车辆动力学性能是确定的。本论文主要围绕车辆动力学仿真的计算工况的约定（轨道激扰输入类型）来进行研究，分析了轨道随机谱的随机性和车辆在特征谱激扰下的动力学性能，以及探讨了特征谱预设幅值。主要工作有:
　　(1)介绍了轨道特征谱的研究现状，以及国内外高速动车组的发展概况，并阐述了车辆系统动力学的建模方法，建立了某型高速动车组的动力学仿真模型。
　　(2)描述了各种轨道随机谱，通过动力学仿真，对比说明了轨道随机谱的随机性，并详细阐述了美国的MCAT(Minimally Compliant Analytical Track)—最低符合性分析轨道，这是一种确定性的轨道特征谱。
　　(3)研究了某型高速动车组在车辆定距17.5m激扰波长的特征谱下的动力学性能，并应用美国的VTI(Vehicle-Track Interaction)标准对其进行评估。
　　(4)探讨了激扰波长为车辆定距(17.5m)和转向架轴距(2.5m)下的特征谱预设幅值的选取。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 研究现状

1．3 高速动车组发展概况

1．3．1 高速动车组的特点

1．3．2 国外高速动车组的发展

1．3．3 国内高速动车组的发展

1．4 本文的主要工作

第二章 车辆系统动力学建模

2．1 多体动力学基本原理

2．2 车辆结构和参数

2．3 车辆系统动力学模型

2．3．1 模型自由度

2．3．2 模型的非线性处理

2．3．3 SIMPACK建模(拓扑图)

2．4 本章小结

第三章 轨道几何参数描述和动力学评价方法

3．1 随机不平顺谱

3．1．1 美国轨道谱

3．1．2 德国高速谱

3．1．3 中国实测随机轨道谱

3．1．4 随机不平顺轨道谱的数值模拟方法

3．2 MCAT特征谱

3．3 评价指标

3．3．1 我国的高速列车评价指标

3．3．2 美国VTI(Vehicle-Track Interaction)标准

3．4 轨道随机不平顺谱下的车辆动力学性能评价

3．4．1 直线轨道下的运行品质

3．4．2 曲线轨道下的安全性

3．5 本章小结

第四章 特征谱下车辆动力学性能研究

4．1 直线工况计算分析

4．2 曲线工况计算分析

4．2．1 较低速曲线仿真分析

4．2．2 较高速曲线仿真分析

4．3 本章小结

第五章 典型特征谱幅值探讨

5．1 17．5m波长轨道不平顺预设幅值研究

5．1．1 高低不平顺

5．1．2 方向不平顺

5．1．3 水平不平顺

5．2 2．5m波长轨道不平顺预设幅值研究

5．2．1 高低不平顺

5．2．2 方向不平顺

5．2．3 水平不平顺

5．3 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目