基于非線性電磁力分析的EMS高速磁浮系統(tǒng)車橋耦合振動(dòng)研究.pdf

1、磁軌之間的電磁力是磁浮系統(tǒng)車橋耦合振動(dòng)區(qū)別于輪軌系統(tǒng)車橋耦合動(dòng)力學(xué)的核心問題。以往的磁浮車輛軌道梁耦合振動(dòng)研究多采用線性等效彈簧阻尼來模擬電磁力，不考慮主動(dòng)控制的反饋?zhàn)饔?。德國?guī)范中的軌道梁剛度規(guī)定只適合于小跨度軌道梁，對(duì)于中等跨度軌道梁的剛度并未涉及。本文針對(duì)當(dāng)前EMS(Electromagnetic Suspension電磁懸浮)高速磁浮系統(tǒng)車橋耦合振動(dòng)研究中存在的問題和不足，建立基于最優(yōu)控制的非線性電磁力模型，應(yīng)用于磁浮車橋耦合振

2、動(dòng)模型，并編制磁浮車橋耦合計(jì)算程序MAGLEV，通過軌道梁實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)校核其可靠性，研究了軌道梁動(dòng)力特性及中等跨度三跨連續(xù)軌道梁的合理剛度，主要工作為： 1．建立單質(zhì)量體系電磁鐵動(dòng)力學(xué)模型，由電磁鐵動(dòng)力學(xué)方程推導(dǎo)出其狀態(tài)空間表達(dá)式。求解代數(shù)Riccati方程，根據(jù)最優(yōu)控制原理確定主動(dòng)控制系統(tǒng)反饋矩陣，求解電磁鐵的實(shí)時(shí)懸浮氣隙狀態(tài)和非線性電磁力。 2．軌道梁模型采用空間梁?jiǎn)卧M，根據(jù)達(dá)朗貝爾原理建立磁浮車輛剛體模型，引入基于

3、主動(dòng)控制的非線性電磁力模型，以懸浮氣隙為位移協(xié)調(diào)條件，非線性電磁力作為磁軌之間的作用力與反作用力，建立磁浮車輛與軌道梁耦合振動(dòng)模型，編制仿真程序并校核。引入Hermite函數(shù)考慮磁浮車輛過橋時(shí)的軌道梁撓曲引起的加速度效應(yīng)。 3．研究磁浮車橋耦合振動(dòng)的高效數(shù)值解，改進(jìn)精細(xì)時(shí)程積分法，利用矩陣指數(shù)函數(shù)在計(jì)算機(jī)字長范圍內(nèi)精確計(jì)算特點(diǎn)，給出了動(dòng)力方程的高精度解。對(duì)于求解移動(dòng)荷載過橋的動(dòng)力響應(yīng)，推導(dǎo)出移動(dòng)荷載在時(shí)間步長內(nèi)跨越單元的杜哈梅爾

4、積分格式，基于外荷載Hermite插值的精細(xì)積分?jǐn)?shù)值解與理論解高度一致，解的精度獨(dú)立于時(shí)間步長，大大提高計(jì)算效率。利用軌道梁實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了MAGLEV程序的可靠性及采用基于非線性電磁力模型的必要性。數(shù)值仿真分析在磁浮荷載與高速輪軌荷載作用下軌道梁的振動(dòng)形態(tài)差異及磁浮車橋振動(dòng)激勵(lì)機(jī)理。 4．從軌道梁沖擊系數(shù)、軌道梁跨中最大加速度、懸浮氣隙、電磁力、控制電流、車輛振動(dòng)加速度等角度，研究線性等效彈簧電磁力模型和非線性電磁力模型在磁浮車