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基于ADAMS的悬挂式单轨车辆动力学分析与侧风影响研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 研究背景及研究意义

1.2 悬挂式单轨交通概况

1.2.1 悬挂式单轨交通的主要特点

1.2.2 悬挂式单轨交通分类

1.3 悬挂式单轨交通的发展现状

1.3.1 国外的发展现状

1.3.2 国内的发展现状

1.4 论文的主要工作

第2章 多刚体系统动力学理论基础

2.1 多刚体系统动力学理论发展简介

2.2 ADAMS分析基础

2.2.1 ADAMS建模基础

2.2.2 ADAMS运动学分析

2.2.3 ADAMS动力学分析

2.3 部分力元的定义

2.4 本章小结

第3章 基于ANSYS的实心橡胶轮刚度研究

3.1 实心橡胶轮简介

3.1.1 实心轮胎的分类

3.1.2 实心轮胎的特点

3.2 实心橡胶轮的非线性特性及有限元方法

3.2.1 材料非线性

3.2.2 几何非线性

3.2.3 状态非线性

3.3 有限元建模及刚度分析

3.3.1 走行轮径向刚度分析

3.3.2 导向轮径向刚度分析

3.4 本章小结

第4章 基于ADAMS的悬挂式单轨车辆动力学仿真模型的建立

4.1 建模基础

4.2 车辆结构分析

4.2.1 转向架结构分析

4.2.2 转向架三个力的传递过程

4.2.3 车辆拓扑构型

4.2.4 车辆模型主要特征参数

4.2.5 车辆结构特点

4.3 车辆动力学仿真模型的建立

4.3.1 三维建模

4.3.2 运动副和力元的建立

4.4 轮轨接触仿真模型的建立

4.4.1 轮胎-轨道梁(路面)模型的建立

4.4.2 轮胎模型的建立

4.4.3 轨道梁(路面)的建立

4.4.4 轨道不平顺

4.5 本章小结

第5章 悬挂式单轨车辆动力学仿真分析

5.1 车辆在直线线路上的动力学仿真分析

5.1.1 车辆在直线线路上的动力学性能评价指标

5.1.2 车辆运行平稳性测量点的选取

5.1.3 空重车在不同速度下的运行平稳性

5.2 悬挂式单轨车辆曲线通过性能分析

5.2.1 曲线通过性能评价指标

5.2.2 曲线限速与线路设置

5.2.3 不同线路上以曲线限速运行的曲线通过性能分析

5.2.4 同一曲线线路上不同速度运行时的曲线通过性能分析

5.3 导向预紧力对曲线通过性能的影响

5.3.1 仿真分析导向预紧力对曲线通过性能的影响

5.3.2 从受力上分析导向预紧力对曲线通过性能的影响

5.4 本章小结

第6章 侧风对悬挂式单轨车辆动力学性能的影响

6.1 侧风风力计算

6.2 直线上侧风对车辆动力学性能的影响

6.2.1 车辆在最大车速下受侧风风速的影响

6.2.2 车辆受侧风影响下的减速

6.3 曲线上侧风对车辆动力学性能的影响

6.3.1 侧风风速对轮重减载率的影响

6.3.2 侧风风速对导向轮最大导向力的影响

6.3.3 车辆受侧风影响下的减速

6.4 本章小节

结论及展望

致谢

参考文献

硕土期间发表论文

附录

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摘要

悬挂式单轨交通是单轨交通的一种,这种交通形式有空间利用率高、地形适应能力强、工程周期短、造价低、无污染和舒适安全等优点,能够很好的满足中小型城市发展的需要,是中小运输量、短运程和低运量的轨道交通系统的首先选择方式。因而本文研究分析了悬挂式单轨车辆。
  本文选定德国空列集团的H-Bahn悬挂式单轨车辆为研究对象,首先采用有限元方法对车辆使用的实心橡胶轮胎刚度进行了研究,然后对车辆的结构和拓扑构型进行分析并建立三维模型和ADAMS动力学仿真模型,最后参照GB5599-1985并与悬挂式单轨车辆的特点相结合在一起总结出一些动力学性能评定指标,并以此对车辆运行平稳性、曲线通过性能及侧风对车辆动力学性能的影响进行了分析研究。通过对悬挂式单轨车辆的结构分析和动力学性能分析后得到的结论如下:
  1.用有限元方法分析了走行轮胎体和导向轮胎体的径向刚度,预估出单个实心橡胶导向轮轮的最大径向承载载荷Pmax=9kN,单个实心橡胶走行轮的最大垂向承载载荷Pmax=24kN。
  2.根据本文总结出的动力学性能评价指标,对车辆的运行平稳性和曲线通过性能进行分析研究,得出空重车在直线线路上和曲线线路上运行时的各动力学评价指标均符合设计要求。
  3.导向预紧力对悬挂式单轨车辆的曲线通过性能有一定影响,同一工况下轮重减载率和走行轮最大垂向载荷随导向预紧力的增大而减小,导向轮最大导向力随着导向预紧力的增大而增大。
  4.侧风对悬挂式单轨车辆动力学性能的影响比较大。车辆在直线线路上运行时,当侧风风速小于等于20m/s,空重车均可以较安全的在直线线路上运行;当侧风风速大于20m/s时,车辆在直线线路上运行需要减速或停运以保证车辆的安全运行;当侧风风速达到30m/s时,车辆建议停运。车辆在曲线线路运行时,轮重减载率和导向轮最大导向力随侧风风速的增大而增大;当侧风风速达到一定值时,轮重减载率大于安全值0.6,此时应该减速或者停运以保证车辆在曲线线路上安全运行。

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