高速列車柔性車體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、隨著我國高速鐵路的快速發(fā)展，對(duì)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(shí)對(duì)列車運(yùn)行時(shí)各項(xiàng)動(dòng)力學(xué)指標(biāo)的要求也更加嚴(yán)格。動(dòng)車組的高速性要求其設(shè)計(jì)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(huì)使車體局部或整體的剛度降低，導(dǎo)致車體振動(dòng)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(dòng)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(yùn)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(shí)考慮車端連接裝置對(duì)車輛在縱橫垂三個(gè)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(dòng)以及相鄰車輛間耦合作用對(duì)高速列車運(yùn)行穩(wěn)定性以及安全性的影響，使理論研究更加符合實(shí)際。因此，本文建立基于柔性車體的單節(jié)和三節(jié)車動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)高速列車運(yùn)行時(shí)車輛系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)性能問題進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
　　本文以CRH2型動(dòng)車組為研究對(duì)象，將車輛的各部件及鋼軌都視為剛體，對(duì)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(jiǎn)化，建立了42個(gè)自由度的多剛體單節(jié)車系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上，將三節(jié)車輛組成一個(gè)列車單元，建立多剛體三節(jié)車動(dòng)力學(xué)模型。其中，將車體視為由車端牽引梁和加強(qiáng)底架組成的箱型薄壁簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)，在ANSYS中對(duì)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(duì)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(diǎn)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(dòng)力學(xué)模型。假定高速列車以在直線軌道上運(yùn)行，選取不同的時(shí)速及制動(dòng)等幾種典型的工況，對(duì)上述四種模型的車輛運(yùn)行舒適性、安全性以及車體自身的振動(dòng)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(duì)車輛運(yùn)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(duì)車輛運(yùn)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(dòng)。在單節(jié)車輛模型中，柔性車體在橫向和垂向上的振動(dòng)大于剛性車體，當(dāng)模型以250km/h高速運(yùn)行時(shí)，兩種車體的振動(dòng)特性近似。在三節(jié)車模型中，中間車運(yùn)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(yùn)行時(shí)具有較強(qiáng)的耦合作用，能夠抑制剛性車體在橫向和垂向上的振動(dòng)，提升了多剛體三節(jié)車模型的運(yùn)行平穩(wěn)性;同時(shí)抑制了柔性車體在2.3Hz附近的一階橫向彎曲振動(dòng)，進(jìn)而提升了剛?cè)狁詈先?jié)