磁悬浮车辆—线路耦合动力学仿真模型研究

摘要

本文在针对上海磁悬浮示范运营线的车辆系统和线路系统分析的基础上，分别建立了车体、悬浮架、悬浮电磁铁和导向电磁铁的车辆耦合动力学模型，并对各个部件进行了受力分析；根据上海磁悬浮示范运营线线路的特点，建立了曲线线路横向和垂向激励模型；通过曲线上电磁力的分析，确定采用等效悬浮刚度和阻尼的磁轨关系模型；建立曲线上车体各部件坐标系，利用多刚体动力学原理推导了车辆曲线动力学方程。 本文分析了线路平纵断面设计参数的确定方法和原则。并根据这些方法和原则，计算了在列车不同运行速度下的最小平曲线半径、最小缓和曲线长度和最小竖曲线半径。 研究采用Matlab语言编写了车-线动力学仿真程序，并通过仿真程序的运行得出不同速度条件下，采用相应设计参数的车辆各部件动力学响应；对车体未被平衡离心加速度和车体未被平衡离心加速度时变率的动力学响应和静力学响应进行了对比分析，验证了车辆模型和曲线线路激励模型的正确性；通过仿真分析验证了所采用的最小平曲线半径和最小缓和曲线长度的合理性；对不同缓和曲线线型条件下的车体未被平衡离心加速度和车体未被平衡离心加速度时变率的动力学响应进行了对比分析，并建议采用正弦线作为高速磁悬浮铁路缓和曲线。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1世界各国高速铁路发展情况

1.1.1高速轮轨铁路发展情况

1.1.2磁悬浮铁路发展情况

1.1.3我国磁悬浮铁路技术研究概况

1.2研究高速铁路平纵断面设计参数的意义

1.3车－线耦合动力学在高速铁路发展过程的意义和作用

1.4目前国内外的研究现状

1.5本论文的研究内容

第2章磁悬浮列车的运行系统

2.1磁浮列车运行的基本原理

2.2车辆系统

2.2.1车厢及其附属设备

2.2.2悬浮架

2.2.3悬浮导向系统

2.2.4一系悬挂

2.2.5二系悬挂

2.3线路系统

2.3.1线路平纵断面

2.3.2轨道梁结构

2.4磁轨作用关系模型

2.4.1电磁悬浮机构

2.4.2电磁悬浮的控制与实现

2.5小结

第3章高速磁悬浮车辆－线路耦合动力学模型

3.1模型中的假定

3.2高速磁悬浮车辆动力学模型

3.2.1车辆的耦合振动模型

3.2.2车辆各部件受力分析

3.3曲线线路激励模型

3.3.1曲线引起电磁铁相对位移

3.3.2电磁力计算公式

3.4车辆通过曲线的动力学方程

3.4.1曲线上的坐标定义

3.4.2曲线上磁悬浮车辆动力学方程

3.5小结

第4章高速磁悬浮线路主要设计参数

4.1圆曲线最小半径

4.1.1区间线路最小平曲线半径

4.1.2系统构造允许的最小平曲线半径

4.2缓和曲线

4.2.1缓和曲线类型

4.2.2缓和曲线长度

4.3超高

4.4线路坡度

4.5竖曲线

4.5.1竖曲线半径

4.5.2竖向缓和曲线

4.6小结

第5章 高速磁悬浮线路设计参数动力学分析

5.1车－线耦合动力学仿真程序

5.1.1车－线耦合动力学数值积分方法

5.1.2车－线耦合动力学仿真程序的流程

5.2舒适度指标

5.3平面曲线动力学分析

5.3.1平面曲线动力学响应与静力学动态响应比较

5.3.2不同类型缓和曲线动力学响应分析

5.4小结

结 论

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文