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考虑多节车的高速列车/轨道耦合动力学研究

作　者: 凌亮
导　师: 金学松
学　校: 西南交通大学
专　业: 载运工具运用工程
关键词: 高速列车轨道列车/轨道耦合动力学建模动力学性能车间连接装置
分类号: U270.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 208次
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内容摘要

现在,越来越多的人将高速列车当作舒适和安全准时的绿色交通工具。但是,列车速度越高,其对运行安全性、乘坐舒适性及环境振动控制的要求越严格,而这些都与列车／轨道耦合系统的动力学性能息息相关。因此,开展高速列车／轨道耦合系统动力学性能研究对高速铁路的健康快速发展至关重要,急需对相关的课题进行大量的理论和实验研究。本文建立了基于多体系统动力学的高速列车／轨道空间耦合非线性动力学模型,将传统的单节车辆／轨道垂-横向动力学模型扩展为多节车辆／轨道垂-横-纵向耦合动力学模型。计算模型中,车辆系统简化为42自由度的非线性双系悬挂多刚体模型；建立了详细的车间悬挂系统模型,包括非线性车钩缓冲装置、车间纵向减振器及密接式风挡；轨道子系统采用传统的三层(钢轨-轨枕-道床-路基)有砟轨道模型,钢轨采用连续弹性离散点支承的Timoshenko梁模拟,轨枕简化为Euler-Bernoulli梁模型,采用传统的若干个离散等效刚性质量块模拟碎石道床；应用基于任意几何型面的新型数值算法求解轮轨空间接触几何关系,利用Hertz滚动接触理论计算轮轨法向正压力；轮轨蠕滑力的计算,首先按Kalker线性理论计算,然后采用沈氏理论进行非线性修正；利用“跟踪窗户”模型模拟车辆／轨道耦合激振。运用建立的动力学模型调查了高速运行条件下列车轨道系统的振动响应、横向稳定性、运行平稳性及曲线通过安全性；比较了单车／轨道耦合模型与列车／轨道耦合模型的随机振动响应特性；系统地分析了单车／轨道耦合模型与考虑3节车、5节车、8节车编组的列车／轨道耦合模型对高速列车横向稳定性、运行平稳性、曲线安全性分析的差异；研究了车间悬挂参数对高速列车／轨道耦合系统动力学性能的影响。研究结果表明,单车模型与多车模型所计算的车体及轮轨力振动特性存在较大的差异；对于高速列车的横向动力学问题,采用单车／轨道耦合模型计算会产生较大的误差,需采用多节车辆编组的列车／轨道耦合模型；采用单车模型模拟较长编组的高速列车的垂向动力学问题不会造成较大的误差；车间悬挂参数对高速列车的动力学性能有着重要的影响,选取合理的车间连接参数有利于提高列车的临界速度,改善运行平稳性和安全性。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-11
第一章绪论  11-19
  1.1 研究背景及意义  11-13
  1.2 国内外研究现状  13-17
    1.2.1 车辆-轨道动力学研究现状  13-15
    1.2.2 列车动力学研究现状  15-17
  1.3 本文的主要工作  17-19
第二章高速列车/轨道空间耦合系统动力学建模  19-56
  2.1 车辆子系统建模  20-33
    2.1.1 动力学模型  20-23
    2.1.2 受力分析与悬挂力推导  23-30
    2.1.3 运动方程推导  30-33
  2.2 车间悬挂子系统建模  33-40
    2.2.1 车钩缓冲装置模型  33-38
    2.2.2 车间减振器模型  38-40
    2.2.3 密接式风挡模型  40
  2.3 轨道子系统建模  40-47
    2.3.1 钢轨模型及运动方程  41-44
    2.3.2 轨枕模型及运动方程  44-46
    2.3.3 道床模型及运动方程  46-47
  2.4 轮轨动态接触模型  47-50
  2.5 车辆/轨道耦合激振模型  50
  2.6 模型验证与分析  50-55
    2.6.1 单车/轨道耦合动力学模型验证分析  51-53
    2.6.2 高速列车/轨道耦合动力学模型验证分析  53-55
  2.7 本章小结  55-56
第三章高速列车/轨道耦合动力学响应分析  56-68
  3.1 轨道随机不平顺  56-57
  3.2 高速列车动力学评价指标  57-58
  3.3 高速列车/轨道耦合系统振动响应  58-61
  3.4 高速列车横向稳定性分析  61-63
  3.5 高速列车运行平稳性分析  63-64
  3.6 高速列车运行安全性分析  64-67
  3.7 本章小结  67-68
第四章高速列车建模对系统动力学分析的影响  68-80
  4.1 单车模型与列车模型振动特性的比较  68-71
  4.2 高速列车建模对横向稳定性分析的影响  71-72
  4.3 高速列车建模对平稳性分析的影响  72-74
  4.4 高速列车建模对曲线通过性能分析的影响  74-78
  4.5 本章小结  78-80
第五章高速列车车间悬挂参数优化研究  80-92
  5.1 车间减振器特性对高速列车动力性能的影响  80-86
    5.1.1 车间减振器特性对蛇行临界速度的影响  80-81
    5.1.2 车间减振器特性对运行平稳性的影响  81-83
    5.1.3 车间减振器特性对曲线通过性能的影响  83-86
  5.2 车间横向连接参数对高速列车系统动力学性能的影响  86-89
    5.2.1 车间横向连接刚度的影响  86-87
    5.2.2 车间横向连接阻尼的影响  87-89
  5.3 车间垂向连接参数对高速列车系统动力学性能的影响  89-91
    5.3.1 车间垂向连接刚度的影响  89-90
    5.3.2 车间垂向连接阻尼的影响  90-91
  5.4 本章小结  91-92
结论  92-94
致谢  94-95
参考文献  95-103
攻读硕士期间发表的论文与参加的科研项目  103-104

考虑多节车的高速列车/轨道耦合动力学研究

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