高速列車柔性車體系統(tǒng)動力學(xué)研究.pdf

1、隨著我國高速鐵路的快速發(fā)展，對高速列車的核心技術(shù)和制造工藝提出了更高的要求，同時對列車運行時各項動力學(xué)指標(biāo)的要求也更加嚴(yán)格。動車組的高速性要求其設(shè)計輕量化，但是目前大部分高速列車車體采用的中空鋁合金材質(zhì)會使車體局部或整體的剛度降低，導(dǎo)致車體振動的主頻范圍增大，從而容易被高頻激擾引發(fā)彈性共振，并且車體的一階垂向彎曲振動頻率與人體敏感的低頻共振區(qū)極為接近，進(jìn)而影響了旅客乘坐的舒適性和運行的安全性。以往的研究中，車體常被視為剛體結(jié)構(gòu)，且多以單

2、節(jié)車輛為主，假如將車體考慮為柔性體，同時考慮車端連接裝置對車輛在縱橫垂三個方向上的影響，則能夠滿足研究中車體結(jié)構(gòu)自身彈性振動以及相鄰車輛間耦合作用對高速列車運行穩(wěn)定性以及安全性的影響，使理論研究更加符合實際。因此，本文建立基于柔性車體的單節(jié)和三節(jié)車動力學(xué)模型，對高速列車運行時車輛系統(tǒng)的動力學(xué)性能問題進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
　　本文以CRH2型動車組為研究對象，將車輛的各部件及鋼軌都視為剛體，對車輛各部件間及輪軌間的接觸關(guān)系的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行

3、簡化，建立了42個自由度的多剛體單節(jié)車系統(tǒng)動力學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上，將三節(jié)車輛組成一個列車單元，建立多剛體三節(jié)車動力學(xué)模型。其中，將車體視為由車端牽引梁和加強底架組成的箱型薄壁簡支梁結(jié)構(gòu)，在ANSYS中對車體進(jìn)行結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析，使用Lanczos方法和Guyan縮減法分別對車體有限元模型進(jìn)行模態(tài)分析和子結(jié)構(gòu)分析，生成包含車體柔性信息的文件，通過SIMPACK接口程序FEMBS完成柔性車體的建立;在SIMPACK中用柔性車體替換剛性車體，并將

4、柔性車體上的標(biāo)志點與剛性行走部上的力元耦合，進(jìn)而建立了多剛體單節(jié)車、剛?cè)狁詈蠁喂?jié)車、多剛體三節(jié)車和剛?cè)狁詈先?jié)車四種車輛的動力學(xué)模型。假定高速列車以在直線軌道上運行，選取不同的時速及制動等幾種典型的工況，對上述四種模型的車輛運行舒適性、安全性以及車體自身的振動特性等進(jìn)行系統(tǒng)的研究。
　　研究結(jié)果表明:剛性車體在2.5Hz附近的共振對車輛運行平穩(wěn)性的影響較大，柔性車體在2.3Hz、3.3Hz和10Hz附近的振型對車輛運行平穩(wěn)性的影響

5、較大，柔性車體的結(jié)構(gòu)阻尼能明顯衰減車體的縱向振動。在單節(jié)車輛模型中，柔性車體在橫向和垂向上的振動大于剛性車體，當(dāng)模型以250km/h高速運行時，兩種車體的振動特性近似。在三節(jié)車模型中，中間車運行平穩(wěn)性較好，頭車較差;其中，高速列車采用的密閉式車端連接裝置在列車高速運行時具有較強的耦合作用，能夠抑制剛性車體在橫向和垂向上的振動，提升了多剛體三節(jié)車模型的運行平穩(wěn)性;同時抑制了柔性車體在2.3Hz附近的一階橫向彎曲振動，進(jìn)而提升了剛?cè)狁詈先?jié)