高速動車組轉(zhuǎn)向架-系橡膠節(jié)點頻率-剛度特性及其影響研究.pdf

1、橡膠節(jié)點是軌道車輛軸箱轉(zhuǎn)臂與構架的重要連接元件，在地鐵、輕軌等城市軌道車輛和高速列車上均廣泛采用，橡膠節(jié)點承擔著傳遞牽引或制動的縱向力、保證列車穩(wěn)定運行并具有良好導向能力等重要功能，因此優(yōu)化橡膠節(jié)點參數(shù)是車輛轉(zhuǎn)向架動力學分析的重要內(nèi)容。當橡膠節(jié)點用于地鐵車輛時，其典型工況為較低的速度和較小的曲線半徑，線路等級相對客運專線低得多，振動頻率范圍相對也較低，在橡膠節(jié)點的參數(shù)優(yōu)化中主要考慮其對曲線通過性能的影響。當橡膠節(jié)點用于高速動車組時，運行

2、速度達到350～380km/h，曲線半徑超過5000米，在橡膠節(jié)點的參數(shù)優(yōu)化中主要考慮高速列車穩(wěn)定性及其對參數(shù)敏感性的問題，雖然線路平順度很高，振動方差較小，但整體振動頻率范圍也更高，在以往研究中較少關注的橡膠元件動態(tài)剛度及影響問題變得更加突出，為此，本文結合動車組轉(zhuǎn)臂式定位結構的分析，通過轉(zhuǎn)臂式橡膠節(jié)點剛度計算及動力學仿真的方法研究橡膠節(jié)點頻率-剛度特性對高速動車動力學性能的影響。
　　本文主要研究內(nèi)容有：(一)橡膠材料本構模型

3、的分析。介紹了橡膠材料本構模型的兩種研究方法，討論基于連續(xù)介質(zhì)的唯象學描述法的幾種典型的橡膠材料本構模型，即超彈性模型、粘彈性模型和彈塑性模型。分析如何通過試驗獲得不同橡膠超彈性本構模型的參數(shù)，為建立橡膠有限元疊加模型、以及研究橡膠節(jié)點的動態(tài)特性提供理論依據(jù)(第2章)。(二)建立橡膠節(jié)點有限元模型并提出參數(shù)識別方法。通過簡諧剪切試驗，進行橡膠節(jié)點動態(tài)特性試驗研究，同時通過橡膠節(jié)點疊加模型的有限元方法，計算出橡膠節(jié)點的離散剛度，并通過試驗

4、加以驗證。然后根據(jù)離散點擬合出橡膠節(jié)點在不同振幅下的頻率-剛度曲線，最終得到節(jié)點的頻率-剛度、振幅-剛度擬合特性曲線。提出了橡膠節(jié)點材料試驗參數(shù)的識別方法，以識別塑性材料參數(shù)和粘性材料參數(shù)(第3章)。(三)從單自由度系統(tǒng)出發(fā)，建立質(zhì)量-彈簧動力學模型，分析彈簧頻率-剛度特性對機械振動系統(tǒng)的響應。在動力學計算中引入了頻率-剛度特性的影響，介紹了在SIMPACK車輛多體動力學軟件中頻率-剛度特性力元的建模過程(第4章)。(四)以某和諧號高速

5、動車組為研究對象，分別建立了未考慮頻率.剛度特性的傳統(tǒng)動力學模型和引入了橡膠節(jié)點頻率-剛度特性的動力學模型，對比分析了兩個模型中的振動模態(tài)和列車臨界速度。分析了傳統(tǒng)模型中橡膠節(jié)點的連接件(輪對及構架)振動頻率、橡膠節(jié)點的變形和受力分布范圍，作為引入橡膠節(jié)點動態(tài)剛度特性動力學模型的基本依據(jù)。通過兩種模型的對比，詳細分析了橡膠節(jié)點的頻率-剛度特性對高速動車組動力學性能的影響(第5章)。
　　本文采用疊加模型的有限元法描述橡膠節(jié)點在實際

6、工程應用環(huán)境下的動態(tài)力學行為，為分析橡膠元件的動態(tài)剛度特性提供了一種新方法。結合CRH2高速動車組，通過建立考慮了橡膠節(jié)點頻率-剛度特性曲線的車輛動力學模型，研究了橡膠節(jié)點的頻率-剛度特性對動車組車輛動力學性能的影響。本文的工作可作為進一步開展高速動力車組動力學性能對參數(shù)敏感性的分析的基礎，也為高速動車組橡膠節(jié)點的參數(shù)設計優(yōu)化提供依據(jù)。
　　1)動車組的一系橡膠節(jié)點的動態(tài)特性可以通過疊加模型有限元法計算獲得。試驗表明該方法具有較好

7、的準確性，針對所研究的橡膠節(jié)點樣品的試驗和計算而言，相對誤差未超過5％：
　　2)橡膠節(jié)點的頻率-剛度特性對動車組的動力學性能有較大的影響。針對所研究對象而言，非線性穩(wěn)定性臨界速度較傳統(tǒng)計算降低6.25％；當列車速度超過250km/h時，車軸橫向力較傳統(tǒng)模型隨速度的增大增長更加明顯，當速度為350km/h時，導向輪對的車軸橫向力較傳統(tǒng)模型增大約22％；對車輛垂向平穩(wěn)性的影響較小，但對橫向平穩(wěn)性的影響在速度超過250km/h后，較傳