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高速客车车体和构架结构振动研究

作　者: 包学海
导　师: 池茂儒
学　校: 西南交通大学
专　业: 载运工具运用工程
关键词: 高速列车车体构架结构振动动力学性能
分类号: U270.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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引　用: 10次
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内容摘要

高速化和轻量化是当今高速列车发展的两大主题。高速化可以有效地减少运行时间和提高经济效益,但随着运行速度的提高,激扰频率也随之增加;轻量化可以降低能耗、节约资源,但轻量化往往会引起车辆结构刚度的下降,从而引起结构自振频率降低,容易与速度提高而引起的高频激扰发生共振,进而恶化高速列车的动力学性能,因而高速化和轻量化存在一定的矛盾,如何在高速化和轻量化之间达到最佳匹配是高速列车十分关注的问题。传统的动力学分析方法把车辆系统各部件都考虑为刚体,不能考察高速列车部件结构振动对动力学性能的影响。为了研究高速列车结构振动对动力学性能的影响,达到高速化与轻量化的合理匹配,很有必要对高速列车的结构振动展开深入研究。高速列车部件中车体和构架的结构自振频率相对较低,对动力学性能影响较大,因而本文重点研究高速列车的车体和构架结构振动对动力学性能的影响。本文基于有限元分析(FEA)方法和多体动力学(MBS)理论,采用相应的分析软件ANSYS和SIMPACK,把车体和构架考虑为弹性体,建立了刚柔耦合的车辆系统动力学模型。通过仿真计算分析,深入研究了高速列车车体和构架结构振动对动力学性能的影响。本文的研究成果对我国高速列车的工程设计具有一定的参考价值。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-16
  1.1 课题的研究意义  11-12
  1.2 国内外现状分析  12-14
    1.2.1 构架考虑为弹性体的国内外现状  13-14
    1.2.2 车体考虑为弹性体的国内外现状  14
  1.3 研究内容  14-16
第2章转向架构架和车体有限元模型建立  16-32
  2.1 转向架构架和车体结构特点  16-19
    2.1.1 转向架构架结构特点  16-18
    2.1.2 车体结构特点  18-19
  2.2 转向架构架与车体有限元模型  19-20
    2.2.1 转向架构架有限元模型建立  19-20
    2.2.2 车体有限元模型建立  20
  2.3 构架和车体模态计算  20-24
  2.4 构架和车体的子结构分析  24-31
    2.4.1 子结构分析方法的理论基础  25-27
    2.4.2 主自由度选取方法研究  27-28
    2.4.3 子结构分析过程  28-31
  本章小结  31-32
第3章车辆系统动力学模型建立  32-46
  3.1 刚柔耦合多体系统理论基础  32-36
    3.1.1 浮动参考坐标系法  33-35
    3.1.2 有限元多体系统(FEMBS)  35-36
  3.2 FEMBS弹性体生成  36-37
  3.3 车辆系统刚柔耦合动力学模型建立  37-41
    3.3.1 车辆系统动力学模型组成  37
    3.3.2 多体车辆系统动力学模型的处理  37-39
    3.3.3 车辆系统中非线性环节的处理  39-41
  3.4 轨道不平顺  41-45
    3.4.1 轨道不平顺的几何描述  41-42
    3.4.2 随机性轨道不平顺  42-43
    3.4.3 轨道激扰特性  43-45
  本章小结  45-46
第4章车体和构架结构振动对动力学性能的影响  46-71
  4.1 车辆多体系统模态分析  46-48
  4.2 车辆系统刚柔体振动响应分析  48-56
    4.2.1 车体和构架结构振动位移分析  49-51
    4.2.2 车体和构架结构振动加速度分析  51-56
  4.3 结构振动对动力学性能的影响  56-69
    4.3.1 运动稳定性分析  56-58
    4.3.2 车辆运行平稳性  58-64
    4.3.3 安全通过性能  64-69
  本章小结  69-71
结论  71-72
致谢  72-73
参考文献  73-76
攻读硕士学位期间发表的论文  76

高速客车车体和构架结构振动研究

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