高速磁浮车辆—道岔梁耦合振动建模与仿真分析

摘要

道岔是轨道车辆在线路上正常运行的重要部件，是车辆换线运行的渡线工具，其结构和状态对列车运行的安全性、平稳性以及旅客的舒适性产生直接影响。目前上海磁浮线道岔梁存在振动过大的问题，严重影响了高速磁浮列车的正常运营，急需开展相关应用基础研究加以解决。因此，本文以上海磁浮线低速道岔为对象，详细分析了道岔梁自振特性，建立磁浮车辆—道岔耦合动力学模型，仿真分析其耦合动力响应，以期为我国磁浮列车工程应用和自主设计提供理论基础和应用参考。 首先，详细分析了磁浮道岔结构，利用有限元软件ANSYS分别采用梁单元与板单元建立道岔梁有限元模型，开展模态分析得到道岔梁振动固有频率和振型，对比分析两种有限元模型的计算精度和效率。其次，对TR08高速磁浮车辆各部件进行受力分析，建立高速磁浮车辆系统动力学模型。进一步利用有限元软件ANSYS和多体动力学仿真软件SIMPACK，构建了悬浮架三维实体模型并分析其振动模态，建立了弹性悬浮架动力学模型以及等效刚性悬浮架模型。 尝试采用两种技术途径建立了磁浮车辆—道岔梁相互作用模型，实现了磁浮车辆—道岔梁耦合动力学数值仿真与分析。研究表明，联合采用多体动力学软件SIMPACK和ANSYS软件，虽可实现车岔耦合仿真分析，但计算效率较低，且SIMPACK软件限制了有限元模型的自由度规模，不利于磁浮车岔耦合作用的精细分析与参数研究。因此，进一步利用FORTRAN语言开发磁浮列车动力学仿真软件，在ANSYS中调用车辆动力学程序，仿真分析车辆与道岔梁耦合动力学响应，该方法计算速度较前者快，对有限元模型的自由度规模没有限制，是开展磁浮车岔耦合动力作用科学研究的合适途径。 利用建立的磁浮车岔耦合作用模型及其数值仿真方法，计算了多种运行工况下磁浮车辆—道岔耦合动力响应，包括列车侧向过岔时道岔梁动力响应。仿真结果表明，磁浮列车直向或侧向过岔时，道岔梁第三跨跨中垂向与横向位移最大，且侧向过岔时横向位移幅值大于垂向位移。道岔梁板单元模型中翼缘振动加速度及位移比箱梁主体振动加速度及位移大，说明翼缘局部振动剧烈，尤其在低速过岔时道岔梁翼缘振动更为明显。

目录

文摘

英文文摘

声明

1.1磁浮列车原理及技术特点

1.2国内外磁浮列车技术发展概况

1.3磁浮道岔技术研究概况

1.4磁浮列车与线路系统动力学研究现状

1.5论文研究内容与方法

1.5.1研究意义与目的

1.5.2研究内容与方法

第2章磁浮道岔结构及其自振特性分析

2.1磁浮道岔结构分析

2.2磁浮道岔有限元建模

2.3磁浮道岔梁自振特性分析

2.3.1模态分析方法

2.3.2磁浮道岔梁自振特性

2.4本章小结

第3章 高速磁浮车辆动力学建模

3.1 TR08高速磁浮车辆结构分析

3.1.1 悬浮架

3.1.2车辆悬挂系统

3.2高速磁浮车辆动力学模型

3.2.1车辆各部件受力分析

3.2.2车辆系统动力学方程

3.3高速磁浮悬浮控制系统

第4章基于多体动力学软件的磁浮车岔系统动力学仿真分析

4.1高速磁浮车辆悬浮架模型研究

4.1.1悬浮架建模

4.1.2基于刚、弹性悬浮架的整车动力学模型

4.1.3磁浮车辆悬浮架曲线通过动力学响应分析

4.2 SIMPACK软件中道岔梁动力学建模

4.3磁浮车辆直向过岔动力学仿真分析

4.3.1直向过岔耦合动力学模型

4.3.2道岔梁动态响应分析

4.3.3车辆动态响应分析

4.4磁浮车辆侧向过岔动力学仿真分析

4.4.1侧向过岔耦合动力学模型

4.4.2道岔梁动态响应分析

4.4.3车辆动态响应分析

4.5不平顺线路上磁浮车岔系统动力学响应

4.5.1磁浮线路不平顺

4.5.2道岔梁动态响应分析

4.5.3车辆动态响应分析

4.6本章小结

第5章基于有限元软件的磁浮车岔系统动力学仿真分析

5.1磁浮车辆—道岔梁耦合动力学模型

5.2采用两种仿真方法时系统动态响应对比分析

5.2.1道岔动力响应比较

5.2.2车辆动力响应比较

5.3磁浮车辆—道岔梁耦合振动响应分析

5.3.1 道岔梁动态响应分析

5.3.2车辆动态响应分析

5.3.3不平顺对车岔系统动力响应的影响

5.4本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所参加的科研实践