高温超导磁悬浮车辆曲线通过特性仿真研究

摘要

高温超导磁悬浮利用了第二类非理想超导体的磁通钉扎特性，具有无源自稳定、环境友好、无机械摩擦等优点，正日益受到世界多国的关注。目前世界范围内建成了多条高温超导磁悬浮试验线，并开展了大量高温超导磁悬浮轨道交通相关的基础研究，结果表明高温超导磁悬浮列车具有高速运行的潜力，未来应用前景广泛。高温超导磁悬浮技术正处于从实验室走向工程化应用的关键阶段，仍存在许多工程化问题亟待探索和解决，开展高温超导磁悬浮车辆系统动力学研究将有力推进高温超导磁悬浮技术的发展。本文围绕高温超导磁悬浮列车通过曲线线路时车桥耦合系统的动力学响应，开展了如下研究：　　(1)从高温超导块材悬浮特性出发探究其悬浮稳定性，仿真研究了高温超导块材内部磁通流动和磁通蠕动对高温超导块材悬浮漂移特性的影响，并实验研究了横、垂向振动激扰的幅值、频率以及场冷高度对块材悬浮漂移的影响规律，分析了磁通流动效应和磁通蠕动效应对块材悬浮漂移的作用机理。　　(2)建立了在永磁轨道曲线线路上运行的高温超导磁悬浮列车-桥梁耦合动力学模型，采用Euler-Bernoulli梁模型建立桥梁动力学模型，悬浮导向力采用横垂向耦合的二维电磁力数学模型，基于多体动力学仿真软件UniversalMechanism(UM)进行仿真建模。　　(3)从车辆悬挂系统参数出发，仿真研究了高温超导磁悬浮列车通过混凝土简支梁曲线线路时车桥耦合系统的动力学响应，分析了二系悬挂垂向刚度、阻尼以及横向刚度、阻尼对耦合系统动力学响应的影响规律，提出了二系悬挂参数的建议参考值，并分析了不同运行速度下车/桥耦合系统的动力学响应。　　(4)从桥梁线路参数出发，仿真研究了高温超导磁悬浮列车通过曲线线路时的车桥耦合动力学响应，分析了不同轨道梁跨距、超高工况、桥梁支座安装刚度下车桥耦合系统动力学特性及影响规律，提出了桥梁线路参数的建议值。考虑轨道不平顺激扰，采用Sperling指数对不同速度通过曲线线路时的车辆平稳性进行了评价，结果表明在运行速度100~600km/h时高温超导磁悬浮列平稳性指标均达到“优”等级。　　本文研究了高温超导块材的悬浮特性和高温超导磁悬浮车/桥耦合系统曲线通过特性，为高温超导磁悬浮车辆以及桥梁线路的动力学设计提供了参考。

目录

声明

第1 章绪论

1.1 课题的研究背景

1.1.1 磁悬浮车辆技术的分类及特点

1.1.2 国内外磁悬浮车辆技术发展现状

1.2 研究目的与意义

1.3磁悬浮动力学研究现状概述

1.3.1常导磁悬浮动力学研究现状

1.3.2 高温超导磁悬浮动力学研究现状

1.4 论文的研究内容与方法

第2 章横垂向振动激励下高温超导块材悬浮漂移特性

2.1 高温超导块材悬浮漂移特性分析

2.1.1 悬浮漂移仿真模型

2.1.2 高温超导块材悬浮漂移仿真分析

2.2 高温超导块材悬浮漂移实验

2.2.1 实验平台

2.2.2 实验流程

2.3 垂向激励下高温超导块材悬浮漂移实验结果分析

2.3.1 垂向激振幅值对悬浮漂移的影响

2.3.2垂向激振频率对悬浮漂移的影响

2.3.3 垂向激励下场冷高度对悬浮漂移的影响

2.4 横向激励下高温超导块材悬浮漂移实验结果分析

2.4.1 横向激振幅值对悬浮漂移的影响

2.4.2 横向激振频率对悬浮漂移的影响

2.4.3 横向激励下场冷高度对悬浮漂移的影响

2.5 本章小结

第3 章高温超导磁悬浮车/桥耦合曲线通过动力学建模

3.1 高温超导块材钉扎力数学模型

3.2 高温超导磁悬浮车辆动力学模型

3.3 轨道梁动力学模型

3.4 动力学仿真模型在 UM中的实现

3.5 本章小结

第4 章悬挂参数对高温超导磁悬浮车/桥耦合振动的影响

4.1 高温超导磁悬浮车/桥耦合系统

4.1.1 车桥系统仿真参数

4.1.2 车辆动力学性能评价标准

4.1.3 高温超导磁悬浮车辆和悬浮架动态响应

4.2 二系悬挂刚度对车/桥耦合系统动态响应的影响

4.2.1 二系悬挂垂向刚度对车/桥耦合系统动态响应的影响

4.2.2 二系悬挂横向刚度对车/桥耦合系统动态响应车的影响

4.3 二系悬挂阻尼对车/桥耦合系统动态响应的影响

4.3.1 二系悬挂垂向阻尼对车/桥耦合系统动态响应的影响

4.3.2 二系悬挂横向阻尼对车/桥耦合系统动态响应的影响

4.4 不同速度下高温超导磁悬浮车/桥耦合系统的动态响应

4.5 本章小结

第5 章线路条件对高温超导磁悬浮车/轨耦合振动的影响

5.1桥梁跨距对车桥耦合振动响应的影响

5.2桥梁支座安装刚度对车桥耦合振动响应的影响

5.3 曲线超高工况下车桥耦合振动响应

5.4 轨道不平顺激扰下的车辆运行平稳性与安全性

5.5 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果