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

1、橡膠節(jié)點(diǎn)是軌道車輛軸箱轉(zhuǎn)臂與構(gòu)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(diǎn)承擔(dān)著傳遞牽引或制動(dòng)的縱向力、保證列車穩(wěn)定運(yùn)行并具有良好導(dǎo)向能力等重要功能，因此優(yōu)化橡膠節(jié)點(diǎn)參數(shù)是車輛轉(zhuǎn)向架動(dòng)力學(xué)分析的重要內(nèi)容。當(dāng)橡膠節(jié)點(diǎn)用于地鐵車輛時(shí)，其典型工況為較低的速度和較小的曲線半徑，線路等級(jí)相對(duì)客運(yùn)專線低得多，振動(dòng)頻率范圍相對(duì)也較低，在橡膠節(jié)點(diǎn)的參數(shù)優(yōu)化中主要考慮其對(duì)曲線通過性能的影響。當(dāng)橡膠節(jié)點(diǎn)用于高速動(dòng)車組時(shí)，運(yùn)行

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

3、的分析。介紹了橡膠材料本構(gòu)模型的兩種研究方法，討論基于連續(xù)介質(zhì)的唯象學(xué)描述法的幾種典型的橡膠材料本構(gòu)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(yàn)獲得不同橡膠超彈性本構(gòu)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(diǎn)的動(dòng)態(tài)特性提供理論依據(jù)(第2章)。(二)建立橡膠節(jié)點(diǎn)有限元模型并提出參數(shù)識(shí)別方法。通過簡(jiǎn)諧剪切試驗(yàn)，進(jìn)行橡膠節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)研究，同時(shí)通過橡膠節(jié)點(diǎn)疊加模型的有限元方法，計(jì)算出橡膠節(jié)點(diǎn)的離散剛度，并通過試驗(yàn)

4、加以驗(yàn)證。然后根據(jù)離散點(diǎn)擬合出橡膠節(jié)點(diǎn)在不同振幅下的頻率-剛度曲線，最終得到節(jié)點(diǎn)的頻率-剛度、振幅-剛度擬合特性曲線。提出了橡膠節(jié)點(diǎn)材料試驗(yàn)參數(shù)的識(shí)別方法，以識(shí)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(dòng)力學(xué)模型，分析彈簧頻率-剛度特性對(duì)機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)。在動(dòng)力學(xué)計(jì)算中引入了頻率-剛度特性的影響，介紹了在SIMPACK車輛多體動(dòng)力學(xué)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(hào)高速

5、動(dòng)車組為研究對(duì)象，分別建立了未考慮頻率.剛度特性的傳統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型和引入了橡膠節(jié)點(diǎn)頻率-剛度特性的動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)比分析了兩個(gè)模型中的振動(dòng)模態(tài)和列車臨界速度。分析了傳統(tǒng)模型中橡膠節(jié)點(diǎn)的連接件(輪對(duì)及構(gòu)架)振動(dòng)頻率、橡膠節(jié)點(diǎn)的變形和受力分布范圍，作為引入橡膠節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)剛度特性動(dòng)力學(xué)模型的基本依據(jù)。通過兩種模型的對(duì)比，詳細(xì)分析了橡膠節(jié)點(diǎn)的頻率-剛度特性對(duì)高速動(dòng)車組動(dòng)力學(xué)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(diǎn)在實(shí)際

6、工程應(yīng)用環(huán)境下的動(dòng)態(tài)力學(xué)行為，為分析橡膠元件的動(dòng)態(tài)剛度特性提供了一種新方法。結(jié)合CRH2高速動(dòng)車組，通過建立考慮了橡膠節(jié)點(diǎn)頻率-剛度特性曲線的車輛動(dòng)力學(xué)模型，研究了橡膠節(jié)點(diǎn)的頻率-剛度特性對(duì)動(dòng)車組車輛動(dòng)力學(xué)性能的影響。本文的工作可作為進(jìn)一步開展高速動(dòng)力車組動(dòng)力學(xué)性能對(duì)參數(shù)敏感性的分析的基礎(chǔ)，也為高速動(dòng)車組橡膠節(jié)點(diǎn)的參數(shù)設(shè)計(jì)優(yōu)化提供依據(jù)。
　　1)動(dòng)車組的一系橡膠節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)特性可以通過疊加模型有限元法計(jì)算獲得。試驗(yàn)表明該方法具有較好

7、的準(zhǔn)確性，針對(duì)所研究的橡膠節(jié)點(diǎn)樣品的試驗(yàn)和計(jì)算而言，相對(duì)誤差未超過5％：
　　2)橡膠節(jié)點(diǎn)的頻率-剛度特性對(duì)動(dòng)車組的動(dòng)力學(xué)性能有較大的影響。針對(duì)所研究對(duì)象而言，非線性穩(wěn)定性臨界速度較傳統(tǒng)計(jì)算降低6.25％；當(dāng)列車速度超過250km/h時(shí)，車軸橫向力較傳統(tǒng)模型隨速度的增大增長(zhǎng)更加明顯，當(dāng)速度為350km/h時(shí)，導(dǎo)向輪對(duì)的車軸橫向力較傳統(tǒng)模型增大約22％；對(duì)車輛垂向平穩(wěn)性的影響較小，但對(duì)橫向平穩(wěn)性的影響在速度超過250km/h后，較傳