高速动车组车下悬吊水箱设备液固耦合振动分析和影响研究

摘要

随着高速铁路的飞速发展，高速列车各方面的要求也随之提高。水箱作为高速列车必不可少的车下悬挂设备，其内部液体晃动对车体振动及其运行安全性的影响研究也是必不可少的，本文主要通过建立高速列车与水箱的刚柔耦合动力学模型，分析了水箱的液固耦合作用对车体振动以及运行安全性影响情况。其主要研究内容如下:
　　一、建立水箱内部液体晃动数学模型。通过理论公式计算分析推导水箱内部液体晃动的固有频率及振型，通过有限元分析得到水箱及其内部液体晃动的固有频率及振型，并对二者的结果进行比较。结合理论结算与有限元分析结果建立水箱的等效力学模型，得到不同液面高度下的对流质量、对流质量弹簧刚度及高度，以用于动力学仿真分析。
　　二、建立高速列车与水箱的刚柔耦合动力学模型。以充分研究车体刚性和弹性、水箱内部液体横向振动和纵向振动、水箱与车体间悬挂为刚性悬挂和弹性悬挂以及水箱内部液面考虑不同的高度等工况下水箱液固耦合作用对系统振动响应的影响情况。
　　三、进行考虑车下悬吊水箱设备液固耦合作用的动力学仿真分析，包括车辆振动响应和运行安全性指标。对比分析水箱液固耦合作用对刚性车体和弹性车体动力学指标影响的差异，得出水箱液体晃动对弹性车体的影响更大;对比分析水箱的弹性悬挂和刚性悬挂对车体动力学指标的影响差异，验证了水箱采用弹性悬挂的必要性;通过分析水箱在不同悬挂刚度下对车体动力学指标的影响，得出水箱最合适的垂向悬挂频率为18Hz;考虑纵向冲击、曲线通过时水箱的液固耦合作用对车体动力学指标的影响情况。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要研究内容

第二章 水箱液固耦合分析相关知识

2．1 流体力学相关知识

2．1．1 流体基本方程

2．1．2 液体晃动固有频率求解

2．2 有限元仿真

2．2．1 有限元模型的建立

2．2．2 液体的模态分析

2．3 等效力学模型

2．3．1 等效力学模型参数计算

2．4 小结

第三章 车体和水箱耦合系统动力学建模

3．1 刚性车体与水箱的多刚体耦合系统动力学模型

3．2 弹性车体与水箱的刚柔耦合系统动力学模型

3．2．1 建立车体结构有限元模型

3．2．2 建立弹性车体与水箱的刚柔耦合系统动力学模型

3．3 小结

第四章 车体与水箱耦合系统动力学仿真分析

4．1 车体与水箱耦合系统动力学分析内容及评定指标

4．2 水箱对刚性车体动力学性能影响的仿真分析

4．2．1 直线轨道上动力学性能指标分析

4．2．2 曲线轨道上动力学性能指标分析

4．3 水箱对弹性车体和刚性车体振动的影响区别

4．3．1 水箱对弹性和刚性车体振动影响的区别

4．3．2 水箱对弹性车体局部测点的振动影响

4．4 水箱的不同悬挂刚度对车体振动的影响

4．4．1 水箱弹性悬挂和刚性悬挂对车体振动的影响区别

4．4．2 水箱在不同弹性悬挂刚度下对车体振动的影响区别

4．5 纵向冲击情况下水箱的液固耦合作用对车体振动的影响

4．5．1 牵引力和制动力

4．5．2 纵向冲击情况下动力学指标分析

4．6 小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及参加科研项目情况