单泉[1]2002年在《铁道机车车辆虚拟样机系统研究》文中研究说明随着计算机技术的发展，计算机图形学的重要组成部分：虚拟现实技术和CAD技术亦得到了很大的发展。在国外，虚拟现实技术和CAD技术在制造业中复杂的大模型的设计与研究中发挥着重大的作用。在国内，虚拟现实技术在铁道机车车辆的应用尚处于探索阶段，而叁维CAD技术在铁道机车车辆设计方面的应用主要集中在铁路客车产品的叁维实体造型、产品的有限元分析、标准件库的建立等方面，而对整车的比较全面的叁维设计亦处于探索阶段。本论文开发的铁道机车车辆虚拟样机系统包含铁道机车的虚拟驾驶和铁道客车车体钢结构叁维参数化设计两部分，它不仅可以提高设计效率和设计质量，同时也符合了现代技术的发展要求。 本论文是在Windows 2000 professor的微机操作平台上，通过实时仿真建模软件MultiGen Creator来建立铁道机车驾驶室的实时模型，利用Vega的图形界面LynX来完成机车虚拟驾驶的初始化工作，以VisualC++6.0作为开发工具，编写C应用程序对Vega进行二次开发来完成铁道机车虚拟驾驶子系统；以Pro／ENGINEER2000i为开发平台，利用Pro／ENGINEER2000i的强大建模功能来完成铁道客车钢结构零件、组合件的初始建模；以Visual C++作为开发工具，编写C程序来调用Pro／E的二次开发软件包Pro／TOOLKIT所提供的函数，并且利用Visual C++来完成一个便于使用的用户界面，完成铁道客车车体钢结构的叁维参数化CAD设计子系统，实现了铁道客车车体的车顶钢结构、底架钢结构、内外端墙钢结构和整体钢结构的自动组装。
彭波[2]2010年在《铁道客车乘坐舒适性建模、仿真与虚拟试验研究》文中研究表明我国铁路客运正迎来跨越式发展的历史机遇,追求高品质的乘坐舒适性是伴随这一发展历程的必然要求。采用先进的理论分析模型和计算机仿真技术,研究铁路客车的乘坐舒适性是保证列车运行品质的基础内容和关键环节。静态乘坐舒适性和振动舒适性是决定乘坐舒适性的两大重要因素。然而,目前针对铁道客车的静态乘坐舒适性研究,尚缺乏考虑人体特征差异的坐姿舒适性定量分析方法和评价模型。在振动舒适性研究中,尚欠缺综合考虑乘员质量参振作用、车体柔性和空间特征的理论分析模型。对于乘员质量在轻量化高速客车中的参振影响,以及目前的运行平稳性标准在卧车车辆上的适用性问题,还欠缺深入研究。另外,在仿真技术方面,还没有能够将集动力学仿真与视景仿真于一体的虚拟试验技术用于铁道客车振动舒适性的分析模拟。为此,本文对以上问题进行深入系统的研究,具体内容如下：(1)采用几何建模和特征建模技术,建立了具有不同人体百分位参数化建模功能的人体CAD模型。利用循环干涉检查方法进行人-椅CAD模型自适应匹配,实现了不同尺寸人体“虚拟乘坐”的要求,为坐姿几何舒适性的分析评价提供了客观依据。在此基础上,以性别、人体百分位及坐姿关节角度构成叁层因素集,以不同设计方案的座椅构成评价集,建立了列车座椅几何舒适性叁级模糊综合评价模型,应用该评价模型可定量分析比较不同设计方案列车座椅的几何舒适性。(2)分析了坐姿人体振动生物力学特性和柔性车体特征,综合考虑乘员质量和车体柔性的参振影响,建立了坐姿人体-柔性车体垂向耦合动力学模型。在此基础上,建立了包含车体自由度和坐姿人体自由度的耦合振动系统运动方程,通过化多轮激励为单轮激励,实现了轨道不平顺激励下的随机振动仿真。运用该模型对轻量化高速客车在满乘和空载两种情况下的随机振动响应进行了定量对比分析,结果表明乘员质量的参振作用明显,忽略乘员质量的影响会带来较大的计算误差。(3)分析了卧铺的隔振作用与卧姿人体的垂直振动响应特性,针对卧车的结构特点,建立了“人-铺-车辆”空间振动系统动力学模型。在此基础上,建立了考虑车厢空间位置的卧姿人体头-臀部位的随机振动响应模型。应用卧姿人体全身振动舒适性评价标准,建立了铁路卧铺客车人体振动舒适性仿真流程。运用该模型分析了Sperling指标和GB/T18368-2001指标在卧铺客车振动舒适性评价中的差异性、卧铺参数的影响,以及不同铺位振动舒适性的区别。(4)深入开展了铁道客车振动舒适性虚拟试验方法研究。以虚拟试验场的建立作为虚拟试验的前提基础,采用自建理论模型和多体动力学软件作为虚拟试验计算引擎,以虚拟仪表作为虚拟试验数据可视化工具,构建了铁路客车振动舒适性虚拟试验系统体系结构。在虚拟试验数据传输机制上,以基于虚拟试验场的轨道线路空间数学模型为联系纽带,统一定义虚拟样机环境和虚拟现实环境中的轨道线路工况,有效保证了动力学仿真与视景仿真在虚拟试验过程中的有机联系和集成。(5)在振动舒适性虚拟试验场的构建研究中,利用叁维CAD建模、虚拟现实模型优化、纹理映射和DOF建模技术,建立了列车叁维视景虚拟现实模型。建立了基于真实地形DEM数据的虚拟试验场,建立了基于分段函数的轨道线路空间数学模型,实现了分段线路由局部空间坐标向地形空间坐标的映射转换机制。研究了程式化的轨道线路地形空间形位数据的生成方法和实现技术。(6)开展了基于虚拟样机技术的铁道客车振动舒适性多体动力学仿真研究。通过编制文本解析程序,实现轨道线路拐点数据由虚拟试验场向虚拟样机建模环境的自动转换。基于Adams/Rail实现了面向铁道客车振动舒适性分析的多体动力学仿真,为振动舒适性虚拟实验提供了强大的车辆运动属性支持。(7)在铁道客车动态视景仿真研究中,利用车辆运动学数据文件集生成的车辆图像帧序列驱动列车视景模型,能够准确地模拟列车在虚拟试验场既定轨道的动态运行。利用Measurement Studio开发工具,建立了铁道客车振动舒适性虚拟试验仪表,实现了车辆运行速度、振动加速度及舒适性指标的实时动态显示。
李晓兵[3]2004年在《基于性能的车辆转向架叁维参数化CAD》文中研究指明随着叁维图形技术和虚拟样机技术的发展，叁维设计已经成为CAD技术应用的必然趋势。在国内，叁维CAD技术在铁道机车车辆设计方面的应用主要集中在铁路客货车产品的叁维实体造型、产品的有限元分析、标准件库的建立等方面；虚拟样机技术在铁道机车车辆设计方面的主要应用在高速铁路转向架设计中，而对基于性能的车辆转向架的叁维设计亦处于探索阶段。本论文开发了基于性能的车辆转向架叁维参数化CAD系统，它不仅可以提高车辆转向架的设计效率和设计质量，而且对后续的车辆转向架动力学分析提供了参数和依据，同时也符合了现代技术的发展要求。 本论文结合西南交通大学牵引动力国家重点实验室211项目“机车车辆综合性能设计一虚拟样机平台研究”，根据机车车辆设计特点，提出了机车车辆虚拟样机工程的体系结构。针对虚拟样机分析模块的模型数据准备的部分，围绕叁维CAD的核心技术：交互界面、叁维模型及特征、数据库等本身，并以SolidWorks 2003为平台进行二次开发，建立了基于性能的车辆转向架的叁维参数化CAD。将基于特征的叁维参数化设计方法应用到车辆转向架主要零部件计算机辅助设计中，使得用户利用交互式的图形接口操作就可以方便地设计出系列产品的不同型号，实现了车辆转向架的车轴、车轮、弹簧的参数化自动设计，同时按照装配关系自动组装侧架、轴箱、摇枕结构等。系统深入研究了基于COM的SolidWorks API技术的应用过程，建立了系统的数据管理库；并以VC++6.0为开发工具，开发了系统友好的用户界面，同时以VB6.0为工具对车辆转向架主要零部件的属性进行提取。最后，按照虚拟样机项目后续的要求，采用STL的中性文件接口，建立了基于OpenGL的虚拟样机原型，使得能够再现转向架零部件的模型和属性数据，为后续的有限元分析和动力学计算提供必须的数据。
阎开印[4]2006年在《基于多体系统意义下的机车车辆虚拟样机研究》文中研究表明针对产品设计中存在的问题和现有的虚拟样机研究中存在的不足，本论文以普遍到特殊的观点，按照虚拟样机的研究思路，在考虑基于机械多体系统的产品设计基础上，以机车车辆为研究对象，详细研究了机车车辆从产品设计自动化—获得样机模型—基于多体系统的分析模型提取—多体系统分析模型映射为数字化的可视模型—再映射到性能分析模块进行分析并获得结果以指导设计的整个过程，主要研究了以下内容： (1) 综述虚拟样机的研究状况和铁路机车车辆虚拟样机的现状，针对当前机车车辆产品设计过程中的不足和虚拟样机研究中的问题，提出本文的研究思路。 (2) 机车车辆虚拟样机的体系结构研究。侧重从自主研究的角度，对机车车辆产品设计和分析进行深入探讨，建立机车车辆虚拟样机初步结构框架，并提出总体思路； (3) 机车车辆虚拟样机模型的设计自动化技术研究。以机车车辆的一些主要结构部件为对象，对这些部件进行设计自动化相关技术研究，获得一套通用的技术方法，以高效地获得样机模型； (4) 机车车辆基于多体系统的动力学模型属性自动提取研究。为了获取模型的准确性，将CAD与多体系统分析相关数据关联起来，提出一个一体化的解决思路，并进行相关技术的深入研究； (5) 多体系统模型抽象及定义。根据抽取的模型，对多体系统结构按照几何和物理模型进行抽象、过渡和分解，并向模型求解进行初步映射； (6) 多体系统模型可视化研究。针对多体系统的动力学模型，建立可视化的计算机模型，并对多体系统运动学、动力学自动建模求解进行初步研究； (7) 机车车辆虚拟样机平台实践及工程实例研究。综合各种开发的软件，构建机车车辆虚拟样机工程平台，并以某车辆为实例，进行分析研究，以获得本研究的最终结果。 综合这些研究，开发了相关的软件原型CAXA-VEHICLE，VIRTUALMBS和Solidwork-bogie。 通过以上研究，初步探明了机车车辆从产品原型到性能分析综合集成和产品设计过程一体化的理论和方法，体现了产品设计的渐进过程，从而为研制机车车
石高峰[5]2012年在《基于多学科级虚拟样机的粘着控制方法仿真与试验研究》文中进行了进一步梳理我国铁路近年来实施高速、重载的运输策略,机车需要获取更大的牵引力或制动力。轮轨间的粘着是机车的牵引力或制动力形成的最重要的要素,只有有效地利用轮轨间的粘着力才能保证列车安全稳定地运行,进而更好地发挥机车功率。然而轮轨间的粘着复杂多变,对机车功率的高效利用会产生很大的影响。长期的研究和实践表明,机车粘着控制系统能够有效提高轮轨粘着的利用率,降低功率损失。因此,深入研究机车粘着控制系统是铁道机车车辆领域的重要课题之一目前粘着控制系统的理论研究通常是基于简化的机车数学模型,与实际的机车和轮轨系统相差甚远。然而实际线路试验的成本大,并且试验环境受到各种物理条件的限制。虚拟样机技术能为诸如机车粘着控制系统一样复杂的研究课题提供有效的手段。本文以ADAMS/Rail和MATLAB/Simulink为软件平台,基于某型号电力机车,组建了包括多刚体动力学系统、轮轨系统、电力牵引传动系统和控制系统的电力机车多学科级虚拟样机仿真平台。在所建立的虚拟样机平台上实现机车在运行过程中的牵引工况、再生制动工况和恒速工况的计算机仿真。在此基础上,利用该平台仿真了由于轨面发生变换而引起的空转和滑行现象,并进行了电力机车组合粘着控制和模糊粘着控制的仿真研究。为了在引进、消化、吸收国外先进铁道机车车辆技术的基础上,实现核心技术的掌握和创新,研发出具有自主知识产权的产品,在国家自然科学基金和企业委托项目的支持下,本文结合国内某型号高速大功率电力机车,开展了粘着控制系统的试验研究,得到了较好的控制效果。
丁亮[6]2007年在《面向虚拟产品开发技术的铁道车辆零部件设计信息管理系统研究》文中指出铁路在我国交通运输中起着举足轻重的作用，并处于飞速发展阶段。铁道车辆是铁路交通的重要载体。随着铁道车辆性能要求的日益提高，铁道车辆产品的开发技术也在不断的发展之中。本文在研究铁道车辆产品的结构、基于虚拟产品开发技术的产品设计、开发过程、产品设计技术的基础上，对基于虚拟产品开发技术的铁道车辆零部件设计信息进行了比较深入的研究，提出了开发一个铁道车辆零部件设计信息管理系统，采用数据集成的方法将产品设计中参数化特征造型、虚拟样机、虚拟现实仿真系统集成起来的观点。在研究、分析信息管理系统及其相关技术的基础上，对铁道车辆零部件设计信息管理系统进行了分析和设计。系统由参数化设计信息管理、虚拟样机分析信息管理、虚拟现实仿真信息管理叁个主要功能模块和数据库、模型库组成。根据系统的业务需求，采用C／S(Client／server，客户机／服务器)、B／S(Browser／server，浏览器／服务器)混合结构作为系统的网络体系结构。系统采用Visual C++．NET编程实现，并利用JSP(Java Server Pages，Java服务器网页)网络编程语言开发了基本的网络服务功能。文中还专门介绍了系统与Pro／ENGINEER的接口程序开发以及利用Pro／ENGINEER的应用程序接口Pro／TOOLKIT开发Pro／ENGINEER应用程序的方法。本系统的开发，为基于虚拟产品开发技术的铁道车辆产品设计系统的集成提供了一种方法，为铁道车辆产品设计信息的有效管理和使用提供了一种途径。系统的应用有利于铁道车辆产品开发成本的降低、开发周期的缩短。
马鹏[7]2011年在《基于ADAMS/Rail虚拟样机车端连接装置相对位置仿真平台二次开发》文中研究表明二十一世纪,中国铁路建设迎来跨越式发展的新机遇,掌握和应用新的研究理论和设计方法,进行创造性的机车车辆设计,是发展我国铁道机车车辆技术的重要手段。而确定车辆各部件之间和车辆之间的合理间隙,有利于避免车辆在运行中产生干涉,以及提高车辆运行性能。为进一步提高我国车辆研发、设计和制造水平,本文在计算多体动力学、参数化技术理论基础上,在ADAMS/Rail软件平台和ADAMS命令语言编程环境中利用菜单与对话框编辑器以及宏命令方式,研究开发出车端连接装置相对位置仿真系统。列车在运行过程中,受到牵引、制动作用或通过曲线、道岔及变坡点时,车辆的各个部件以及相邻的两车之间,均会产生相对运动。本文分析了车端连接装置相对位置数学计算原理和虚拟样机建立模型的计算多体动力学理论。通过对铁道车辆所运用的虚拟样机产品特点分析,选择优秀的运动学及动力学分析软件/ADAMS/Rail作为车端连接装置相对位置仿真系统开发平台。基于对ADAMS软件二次开发常用方法的深入研究,选择ADAMS命令语言编程环境,利用菜单与对话框编辑器以及宏命令方式进行系统二次开发。根据ADAMS/Rail采用的“模板建立—子系统建立—列车系统装配”模式,建立了几种现行车辆的车体、转向架、车钩以及线路模板及子系统,以数据库形式存储于相应二次开发系统的根目录文件夹中,在进行列车装配时,可以方便调用。基于命令语言,定制菜单和对话框开发车端连接装置相对位置仿真系统界面,该系统具有良好的人机交互界面和容错能力,可以对车体、转向架、车钩、线路进行自主选择,可自动完成两车系统建模,以及方便对车体、转向架外形尺寸及属性文件进行修改。同时通过建立特定请求,可进行车端相对位置以及车辆动力学性能分析。该系统功能丰富,操作简单,易于掌握。系统在虚拟样机产品基础上,结合我国车辆企业研发水平,可降低外形设计师工作量,提高产品设计成功效率,缩短研发周期,具有一定的工程运用价值。
杨颜志[8]2007年在《铁道车辆舒适性虚拟试验技术的研究》文中提出舒适性是现代铁道客车车辆的一个主要性能指标，所有新开发的铁道客车车辆都应进行舒适性分析和试验。传统的舒适性分析方法是进行实车试验，测量相应的数据，再根据舒适性评定标准进行计算评定。这种方法不仅成本高、耗时费力，而且在车辆设计阶段不能对车辆舒适性进行评估，难以确定合理的设计方案。虚拟样机技术、虚拟现实技术的发展，为铁道车辆舒适性的早期评估提供了新的途径。通过研究铁道车辆舒适性虚拟试验技术，建立虚拟的试验环境，可在产品的设计阶段“呈现”和“体验”试验过程，具有理论的深刻性和工程应用的双重意义。本文围绕铁道车辆舒适性的虚拟试验技术，在研究桌面式铁道车辆舒适性虚拟试验系统构造的基础上，主要进行了如下几个方面的研究工作：分析研究了铁道车辆舒适性评估标准、建立舒适性动力学分析模型、构建铁道车辆舒适性试验虚拟场景、铁道车辆舒适性试验数据的可视化等。在建立铁道车辆舒适性动力学模型方面，在ADAMS／Rail环境下建立了具体的虚拟样机模型。考虑多种舒适性影响因素，定义了相应的车轮模型和轨道不平顺模型。在随机输入激励下，实现了铁道车辆振动模型的时域仿真求解。在此基础上，对铁道车辆多种工况下运行的舒适性进行了分析计算，并且与相应的舒适性标准进行了对比，对铁道车辆的舒适性作出了评估。在构建铁道车辆舒适性试验虚拟场景方面，利用Creator软件建立了铁路轨道虚拟试验场景数据库，包括轨道、桥梁、隧道、站台、河流、草地、树木、山脉等对象。利用Pro／Engineer和Creator软件建立了包含纹理和色彩的铁道车辆虚拟现实模型数据库。使用Vega编程工具，实现对虚拟试验场景和铁道车辆模型数据库的调用。铁道车辆模型在虚拟试验场中行驶时，能够模拟轮对的转动、摇枕和轴箱弹簧的振动、转向架构架及摇枕的振动。在铁道车辆舒适性试验数据的可视化方面，利用MeasurementStudio开发工具，建立了铁道车辆舒适性虚拟试验仪表。通过读取离散后的加速度试验数据，在虚拟仪表中实现了加速度曲线的动态显示。同时，通过虚拟仪表能精确的显示车辆的运行速度和舒适性状态。利用Vega提供的双通道和立体支持功能，分别绘制了车辆虚拟试验状态的左、右通道图像。配合专业显卡和液晶光闸眼镜，通过对左、右通道图像的切换，使左、右眼交替看到左、右通道图像。实现了舒适性虚拟试验过程的立体显示，使试验者达到了较高的沉浸感。
韩世昌[9]2017年在《动力稳定车新型稳定装置动力学及失效研究》文中研究说明本文是结合中国铁建高新装备股份有限公司的新产品研发项目"动力稳定车新型稳定装置的研发"进行的,针对项目研发过程中遇到的关键问题,本文从新型稳定装置的作业效果研究和关键部件的失效问题研究两个方面着手。首先对既有动力稳定车的稳定装置作业时的横向激振进行分析研究,将现场实验分析和虚拟仿真结果提供的轨枕系统响应作为开发的参考依据,并在此基础上运用虚拟样机技术,结合刚柔耦合多体动力学,研究新型稳定装置作业响应,评价其作业效果;同时,借助动力学仿真输出的悬挂板弹簧作业期间的载荷谱,对物理样机实验中发生失效的悬挂板弹簧进行系统分析。为新型稳定车稳定装置的开发设计提供数据参考和技术支持。应用车辆轨道动力学理论,建立了动力稳定车整车在走行和作业情况下的数学模型。根据其建立仿真模型,并借助刚柔耦合动力学理论,进行了一系列不同工况下的作业仿真,得到了稳定车的稳定装置、轨道以及轨枕的横向加速度响应曲线,以及不同工况下稳定装置对轨道的轮轨激振力曲线和道碴激振力曲线,讨论了激振频率和垂向静压力这两个主要作业参数对输出的影响。同时进行现场作业试验对比,获得了动力稳定车的实际作业响应,验证仿真结果的有效性,确立了新型稳定装置研发的参考数据,并通过实验中轨道系统的横向加速度响应对比了相关货车动力学研究结果,从时域和频域两个方面证明了动力稳定车作业的有效性。研究介绍了一种新型稳定装置,基于多体动力学理论,对新型稳定装置的各个构件进行运动分析,结合拉格朗日方法建立该稳定装置横向激振的微分方程组并采用新型预测-校正积分法求解,同时采用多刚体仿真模型验证结果,初步分析新型稳定装置的作业响应,验证该结构的可行性。随后建立了新型稳定装置的刚柔耦合虚拟样机模型,参考实际情况,采用了两组常用参数以及一组极限工况参数进行作业仿真,分析新型稳定装置较既有结构的优势。针对新型稳定结构关键部件的失效分析,提出了一种基于裂纹嘴开口位移(Crack Mouth Opening Displacement,简称CMOD)估算J积分的工程预估方法。该方法在工程实际应用中,利用裂纹构件因子β与构件受力无关的特性,通过测量裂纹件的CMOD以来估算J积分以及应力强度因子等断裂韧性参数。文中以叁点弯曲试件为例,将仿真和实验两个方面取得的J积分对比,验证了 CMOD与J积分的关系,并通过另一种加载模式的试件介绍了该方法的使用。这种预估方法在断裂研究分析的初期用来预估、评价某断裂问题将会非常便捷。在前述研究基础上,对新型稳定装置样机实验中失效的悬挂板弹簧进行了研究,从零件的材料性能,几何特征,断裂力学特征等几个方面进行了较为详细的分析。借助扩展有限元方法对悬挂板弹簧进行了稳定装置作业工况下的受力分析,获得了裂纹的萌生与扩展随时间的变化曲线。随后根据裂纹长度将断裂扩展的过程分为叁个阶段进行分析,研究了不同裂纹长度时应力强度因子随着加载的变化,并利用CMOD方法估测了不同裂纹长度时加载裂纹尖端的应力强度因子,然后与不同复合型裂纹准则的结果进行了对比,并在最后对失效构件进行了总结提出了修改建议。
马思群, 兆文忠, 谢素明, 王东屏[10]2003年在《铁路机车车辆虚拟样机数据协调关键技术研究》文中研究表明铁路机车车辆虚拟样机系统为产品设计和生产过程的优化提供了集成的建模和仿真环境。该系统的关键环节在于实现分析数据的协调与集成。为支持开发环境中不同领域、分布、异构的仿真系统间的数据共享,提高仿真平台的可扩展性和灵活性,按数据产生的先后,提出了产品模型数据的分层框架,并研究了每一数据层中关键问题的解决方法。初步实践表明,基于上述研究的虚拟样机系统能有效地支持铁路机车车辆产品的开发。
参考文献：
[1]. 铁道机车车辆虚拟样机系统研究[D]. 单泉. 大连铁道学院. 2002
[2]. 铁道客车乘坐舒适性建模、仿真与虚拟试验研究[D]. 彭波. 中南大学. 2010
[3]. 基于性能的车辆转向架叁维参数化CAD[D]. 李晓兵. 西南交通大学. 2004
[4]. 基于多体系统意义下的机车车辆虚拟样机研究[D]. 阎开印. 西南交通大学. 2006
[5]. 基于多学科级虚拟样机的粘着控制方法仿真与试验研究[D]. 石高峰. 西南交通大学. 2012
[6]. 面向虚拟产品开发技术的铁道车辆零部件设计信息管理系统研究[D]. 丁亮. 中南大学. 2007
[7]. 基于ADAMS/Rail虚拟样机车端连接装置相对位置仿真平台二次开发[D]. 马鹏. 西南交通大学. 2011
[8]. 铁道车辆舒适性虚拟试验技术的研究[D]. 杨颜志. 中南大学. 2007
[9]. 动力稳定车新型稳定装置动力学及失效研究[D]. 韩世昌. 昆明理工大学. 2017
[10]. 铁路机车车辆虚拟样机数据协调关键技术研究[J]. 马思群, 兆文忠, 谢素明, 王东屏. 计算机集成制造系统-CIMS. 2003
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