凌亮[1]2015年在《高速列车—轨道叁维刚柔耦合动力学研究》文中研究指明经过近10年的快速发展,我国已建成世界上规模最大的高速铁路网,因此确保高速列车在长期服役过程中的安全平稳运行将是我国高速铁路运营中所面临的重大挑战。高速列车的安全平稳运行取决于列车-轨道耦合系统的动态特性和运行状态下的行为,因而广泛而深入地开展高速列车-轨道大系统耦合动力学研究,是我国高速铁路技术得以持续发展并保持世界领先地位的基本前提条件。高速列车-轨道耦合动力学研究是一个十分复杂的课题,其理论建模和数值仿真的研究涉及车辆工程、力学、数学等众多学科,当前的列车-轨道耦合动力学理论还不能很好地模拟和解释我国高速列车运营中出现的诸多动力学现象及其机理,如高速列车系统柔性振动引发的车体异常抖动、车轮高阶多边形磨耗、转向架悬挂部件的疲劳破坏等。因此,复杂运行状态下高速列车-轨道刚柔耦合动力学研究是我国铁路领域急需开展的基础研究课题。本文针对高速列车-轨道叁维刚柔耦合动力学建模及我国高速列车运营中出现的典型动力学问题,开展了以下几方面的研究工作：(1)对列车-轨道刚柔耦合动力学的研究历史和现状进行了详细论述,明确了高速列车-轨道叁维刚柔耦合动力学研究的意义,探讨了目前高速列车-轨道刚柔耦合动力学研究存在的问题及今后可能的发展方向。(2)建立了较为完整的高速列车-轨道叁维刚柔耦合动力学理论分析模型,并开发了相应的数值仿真程序。整个理论分析模型由列车系统动力学模型、轨道系统动力学模型、轮轨空间动态接触模型、列车/轨道耦合界面激励模型四个子模型组成。该模型能够模拟匀速及变速状态下高速列车与轨道的刚柔耦合振动行为,突破了传统列车-轨道耦合动力学模型不能模拟列车变速状态下系统动力性能的局限性,拓展了现有列车-轨道耦合动力学的频率分析范围。(3)建立了基于多刚体理论的高速列车纵／横／垂叁维耦合动力学模型和分析频率较宽的高速列车刚柔耦合动力学模型。多刚体模型中,每节车辆简化为42自由度的质量-弹簧-阻尼系统；刚柔耦合动力学模型中,每节车辆的车体及转向架构架采用柔性体建模,借助于有限元模态分析技术和模态迭加法对车体和构架的柔性振动响应进行求解,实现了1000 Hz以内构架柔性振动及50 Hz以内车体柔性振动行为的模拟；列车模型考虑了车辆一二系悬挂部件和车间连接部件的时频非线性特性。(4)建立了较完善的高速有砟及无砟板式轨道动力学时域分析模型。模型中有砟轨道为钢轨-轨枕-道床叁层结构,而板式轨道则为钢轨-轨道板两层结构。针对不同的动力学研究需求,建立了两种钢轨动力学模型：基于Timoshenko梁的离散支承连续梁模型及基于空间梁单元的有限元模型,两种钢轨模型的振动响应求解均采用模态迭加法；轨枕模型考虑其垂向弯曲振动、纵向和横向平动及摇头运动,垂向弯曲变形采用两端自由的Euler梁模拟；轨道板采用叁维实体有限元建模,采用有限元模态分析技术和模态迭加方法求解轨道板的振动响应；有砟轨道中的碎石道床离散为集中质量块,只考虑其垂向振动,道床块之间由剪切弹簧-阻尼单元相连。扣件系统及轨道板间的连接采用线性的弹簧-阻尼单元模拟,有砟轨道道床及轨道板下支撑结构均简化为均匀一致分布的粘柔性单元,忽略桥梁及路基振动的影响。(5)改进了高速轮轨叁维滚动接触计算模型。轮轨空间接触几何关系采用迹线法和最小距离法求解,轮轨法向力采用非线性Hertz接触理论进行计算,轮轨蠕滑力的求解则基于沈氏理论,其中轮轨蠕滑率的计算考虑了车轮向前滚动和钢轨纵向、横向、垂向及扭转运动的影响。(6)提出了移动钢轨模态模型和轨道长度自适应模型两种新型的列车／轨道界面耦合计算模型。移动钢轨模态模型中,钢轨采用Timoshenko梁模拟,钢轨的模态分析在其几何坐标系中进行,而钢轨动态响应的求解则基于全局惯性坐标系,轨下支撑结构的计算长度根据移动列车坐标系在全局坐标系中的位置而自动调整；轨道长度自适应模型中,钢轨采用有限元方法建模；轨道结构各部件的计算长度相互协调并根据移动列车坐标系在全局坐标系中的位置而自动调整。基于建立的高速列车-轨道叁维刚柔耦合动力学模型,主要开展了以下叁方面研究工作：①系统研究了变速状态下高速列车的动态响应特征；再现了低黏着情况下车轮牵引打滑和制动抱死条件下列车的纵向动力学行为；分析了牵引制动载荷对高速列车运行稳定性、安全性及平稳性的影响规律；初步调查了变速移动列车作用下轨道结构的动态响应特征。②深入调查了车体柔性振动对高速列车运行平稳性、乘坐舒适性及运行安全性的影响规律,并开展了基于乘坐舒适性的轨道不平顺敏感波长研究；详细分析了构架柔性振动对其振动响应及高速列车运行安全性及平稳性的影响规律,并初步探讨了高速列车车轮高阶多边形磨耗与构架柔性振动的相关性。③详细分析了轨道模型中钢轨及轨下支承部件建模方法对高速列车-轨道刚柔耦合振动性能的影响规律；比较了有砟轨道与无砟板式轨道振动性能的差异；模拟了高速铁路线路枕跨冲击现象,并调查了其关键影响因素及相关缓解措施。
唐国元[2]2005年在《车辆防抱制动系统及制动稳定性控制策略的仿真研究》文中研究说明研究具有自主知识产权的防抱制动系统(ABS),不仅具有重要的学术价值,而且对提高国产汽车的安全性和增加我国汽车工业的国际竞争力具有重要意义。目前,发达国家对ABS 的研究集中在对其核心技术—控制策略和方法的研究上。本文在分析ABS的控制方法和原理的基础上,对ABS 的控制方法以及车辆的制动稳定性控制方法进行了研究和仿真分析。主要研究成果有:以车辆的动力学分析为基础,建立基于极坐标地面座标系及车辆动座标系的车辆动力学模型; 用Matlab/Simulink 实现了车辆模型并进行了仿真。提出了ABS 的模糊滑模变结构控制方法,设计了模糊控制器,并应用第二层滑模简化了模糊控制规则。对单轮系统车辆的仿真表明,模糊滑模变结构控制方法能在缩短响应时间的同时抑制系统的颤振。提出了基于遗传算法的在线ABS PID 控制方法。改进了遗传算法的遗传算子,使其具有更高的搜索效率。根据车辆的运行条件实时整定PID 控制参数,使PID 控制器参数随工况而变化,仿真结果表明,基于遗传算法的在线ABS PID 控制方法能有效抑制超调量,控制ABS 跟踪路面条件变化。提出了基于最优控制方法的制动车辆稳定性控制方法,通过对车辆的横摆力矩控制和相应的车轮滑移率和附着系数的调节使车辆保持制动稳定性,对车辆在对开路面的制动工况进行了仿真。仿真结果表明,所提出的控制方法能有效调节车辆横摆使车辆保持制动稳定性。针对车辆制动转向的稳定性问题,提出了基于模糊神经网络辨识的T-S 模糊模型制动转向稳定性的预测控制方法。用模糊神经网络辨识制动转向车辆的T-S 模糊模型,从而将车辆非线性系统模型通过模糊化方法分解为若干线性系统,系统的输出是这些线性系统输出的加权和。根据所建立的模糊模型推导了广义预测控制模型。应用该方法对车辆的制动转向工况进行了仿真。为车辆的制动稳定性控制问题的研究提供了新的思路。构建了车辆动力学仿真系统模型; 基于面向对象方法建立了的车辆动力学仿真系统的体系结构,分析了系统的类并建立了类图,给出了在车辆动力学仿真中建立use case和交互图的方法。根据所建立的软件模型,开发了相应的仿真软件。
谢润[3]2015年在《车载武器行进间发射动力学研究》文中进行了进一步梳理车载武器由于机动性好、防护能力强,已逐渐成为现代陆军武器装备的重要组成部分。为了能够充分发挥自身机动优势、提高作战效能并保证战场生存概率,行进间射击能力已经成为评价车载武器战术性能的重要指标。为了掌握车载武器行进间射击时的系统动态响应特性以及受力规律,本文应用多体系统动力学、有限元方法、接触碰撞理论,对车载武器行进间发射动力学建模方法与数值模拟、结构非线性因素影响分析等多个方面开展了系统而深入的研究。分析了车载武器行进间射击时的受力特性,基于合理简化与假设,根据各部分的实际功能与运动方式将车载武器划分为多个子系统,采用Newton-Euler方法推导建立了各子系统的动力学方程。运用多体系统动力学观点,阐述了构件空间运动的描述方法,建立了车载武器刚柔耦合动力学方程,为车载武器行进间发射动力学模型的建立提供了依据。参照我国路面不平度分级标准,结合车载武器实际作战环境下的路面条件,采用具有良好普适性与较高精度的谐波迭加方法,通过编写路面谱程序实现了二维路面模型重构。在此基础上,以随机相位差异表征两侧车轮(履带)所受路面激励的相干特性,将重构得到的各级路面模型拓展至叁维。基于周期图方法的验证结果表明,本文建立的路面不平度模型其功率谱与理论功率谱具有较高的一致性,能够真实反映符合路面等级的随机不平度特性。总结归纳了武器系统行进间、停止间两种发射动力学建模方法的共性与区别,详细阐述了车载武器行进间发射动力学建模流程。结合某坦克与轮式自行高炮的结构特点开展了拓扑分析。对轮式底盘前桥麦弗逊悬架与后桥油气悬架进行精确动力学建模,将具有多工况适用性的Ftire轮胎模型引入到轮式自行高炮发射动力学模型中,描述了轮胎与路面的耦合作用,实现了实际路面不平度与有效路面不平度的转换。借助专业履带车辆工具箱建立了考虑履带底盘扭杆悬架非线性刚度、平衡肘与限位器接触碰撞的坦克发射动力学模型。基于射击试验数据对以上两种车载武器多体系统动力学模型进行了验证。采用模态综合方法描述身管弹性变形,分别建立了某轮式自行高炮与坦克刚柔耦合发射动力学模型。通过数值计算,分析了身管弹性变形在行进间射击过程中对车载武器炮口振动的影响规律。提出了含微小间隙的耳轴-轴承旋转铰动力学建模方法,将基于Lankarani&Nikravesh方法改进的接触碰撞算法引入到发射动力学模型中,考虑了耳轴-轴承间隙旋转铰接触力的非线性特性,讨论了耳轴部位接触碰撞对炮口扰动的影响以及两侧耳轴载荷的分布特性。建立了计及滚珠座圈大规模接触碰撞的轮式自行高炮行进间发射动力学模型,数值计算得到了座圈部位接触引起的炮口振动变化,对行进间射击时不同位置滚珠的受力规律进行了分析;基于刚柔接触定义坦克炮含径向间隙的身管与衬瓦接触关系,结合数值计算结果,探讨了身管与衬瓦接触对炮口扰动的影响,得到了前、后衬瓦在行进间射击时的接触力变化特性。综合文中讨论涉及的所有结构非线性因素,对不同行驶速度、路面等级条件下的车载武器行进间发射动力学进行数值模拟。分析了高低、方向射角改变所引起的炮口扰动变化规律,以及耳轴-轴承间隙、身管衬瓦间隙、前衬瓦轴向偏移量等总体结构参数变化对炮口扰动的影响。
刘楠[4]2013年在《基于柔性车体的平车动力学性能仿真分析》文中提出集装箱运输是一种现代化的运输方式,是现代铁路货运的发展方向。高速、重载、轻量化已经成为我国铁路运输车辆发展的主题,其对车辆系统动力学性能的影响不容忽视。传统的车辆系统动力学研究中通常把车体考虑为刚体,而在车辆高速运行的条件下,结构弹性变形对车辆系统动力学性能的影响不应被忽视,特别是对平车这种垂向刚度较小的车型影响更为显着。在线路动力学试验中,平车车辆系统出现了重车车体垂向振动加速度大于空车的情况。针对此种现象,本文选取NX17型集装箱共用平车为研究对象,将车体考虑为柔性体,分别建立了NX17型平车车辆系统的多刚体模型和刚柔耦合模型,对比分析车体对线路不平顺的垂向响应。本文首先根据GB/T5599-1985对车辆系统的两种模型进行动力学仿真分析,结果显示,刚柔耦合模型的直线运行平稳性优于多刚体模型,考虑结构柔性效应时,车体的横向、垂向振动加速度较刚体模型偏大,在高速时会出现较为明显的放大的振动。两种模型的曲线通过安全性指标符合标准,在各工况下,刚柔耦合模型的各项指标均略大于多刚体模型。在进行车辆系统动力学性能仿真分析时,如考虑车体柔性效应的影响,则能够得到更偏于安全的结果,如运行工况较为恶劣,则不应忽略结构柔性效应的影响。针对车体垂向振动加速度偏大的现象,本文对车体垂向振动加速度进行了频谱分析,并考虑了钢轨接头不平顺的周期性激扰对车体垂向振动响应的影响。分析结果说明,将车体考虑为弹性体时受心盘冲击影响的车体质量小,当装载工况为中部承受主要质量而心盘上方载重小或没有载重时,就可能会出现垂向加速度超标的现象。而钢轨接头不平顺主要引起车体的垂向高频振动,频率与特定工况下车体的高阶垂向振动频率吻合,因而使车体的振动更为明显。本文使用刚柔耦合的方法探究车体柔性效应对车辆系统动力学性能的影响,并探讨了平车车体重车工况垂向加速度偏大的原因,为平车的实际运用和性能改进提供了有益的参考依据。
杨超[5]2016年在《列车碰撞动力学关键问题研究》文中认为为了解决列车碰撞过程中的非线性问题,本文构建了列车碰撞动力学理论框架,深入地研究了车体材料非线性问题、非线性振动系统的时间积分算法和列车碰撞动力学建模等方面的内容。首先,阐述了列车碰撞动力学理论的框架,指出了列车碰撞动力学的研究范围、研究内容和研究方法。归纳了列车碰撞动力学中可采用的车辆模型和轨道模型,根据运动方程的形式总结了方程的各种解法。其次,针对车体材料的非线性问题,通过材料冲击试验得到了车体材料的动态应力应变曲线。基于Cowper-Symonds模型和Johnson-Cook模型,获得了5083H111铝合金、Q235钢、Q345钢和HC340/590DP双相钢的动态本构模型参数。研究了车体材料的应变率效应,分析了铝合金应变率效应对吸能装置的吸能影响。结果表明：5083H111铝合金在低应变率时存在应变率弱化效应,在中低应变率范围内存在先弱化再强化的特性；Q235钢、Q345钢和HC340/590DP双相钢在应变率增大时都表现出了明显的应变率敏感性；采用5083H111铝合金制作的吸能结构实际吸收能量比按照准静态应力应变曲线设计的吸能结构的吸能量小,应变率效应不可忽略。然后,基于加速度假设和泰勒展开公式,提出了最高具有二阶精度的修正双步长显式法和加速度显式法。通过归纳法,进一步提出了具有叁阶甚至更高阶精度的广义多步显式法。对提出的时间积分算法进行了稳定性、数值耗散、数值色散和精度分析。结果表明：修正双步长显式法和加速度显式法(a=1,β=γ)在无阻尼系统中的稳定区间为△t∈(0,2/ω),具有临界稳定特性；稳定区间随着阻尼比的增大而减小,广义多步显式法也具有相似的稳定性；提出的算法在无阻尼系统中具有相同的数值耗散和数值色散特性,即数值耗散为0,数值色散特性都与中心差分法相同;相比于其它算法，本文算法在非线性系统中的稳定性更好,精度适中,而且计算速度和计算效率最高■。最后,建立了纵平面车辆-随动轨道模型和叁维车辆-随动轨道模型,进一步地,通过钩缓装置模型和吸能防爬装置模型的连接,建立了完整的列车碰撞动力学模型。利用非线性乍辆振动系统和车辆轨道模型,比较了不同算法对非线性振动响应的影响,研究了不同车辆模型和轨道模型对车辆碰撞响应的影响。通过列车碰撞动力学模型,深入研究了列车碰撞爬车现象、爬车临界速度和影响爬车的车辆参数。研究结果表明：精细积分法和标准Runge-Kutta法(RK4)适用于自由度少且精度要求高的非线性车辆振动系统；翟方法和修正双步长显式法适用于自由度数目庞大、要求计算效率高且精度适中的非线性车辆振动系统；当仅考虑车辆的纵向碰撞时,纵平面车辆-随动轨道模型和叁维车辆-随动轨道模型在纵平面内的响应完全相同；车轮抬升量与速度的关系足非线性的,当碰撞速度远低于爬车临界速度时,车轮抬升量非常小,当碰掩速度接近爬车临界速度时,车轮抬升量出现指数级增大；车轮抬升量分别随着碰撞速度、碰撞质量和车体质心高度的增大而增大,随着二系垂向刚度的增大而减小；碰撞速度对车轮抬升量的影响最大,碰撞质量和车体质心高度次之；列车碰撞过程中,主、被动列车的车体和钩缓装置的行为是有规律的,车体和钩缓装置的姿态关于碰撞界面对称。
张蕊[6]2014年在《考虑道路几何特征的车速自适应控制方法研究》文中研究指明近年来，随着我国汽车数量的急剧增多，道路交通安全问题日趋严重。由于车辆具有高速移动性，且道路存在陡坡、急弯、不规则路面等复杂的几何特征，行驶在相关道路上的车辆经常会出现追尾、侧翻等交通事故。智能车辆作为智能交通系统的关键载体，广泛涵盖了以主动安全为导向的先进车辆辅助驾驶与自动驾驶功能，可以提高道路通行能力，提升交通安全性和快捷性，并在此基础上节约能源、减少污染等。在不同道路几何特征条件下的车速自适应控制一直是智能车辆关键技术的研究重点和难点。半实物仿真技术在系统设计与测试的便捷性、复验性、适应性以及安全性方面具有实车道路实验无可比拟的优势。本文依托武汉理工大学智能交通系统研究中心构建的道路交通仿真系统，采用半实物仿真技术，针对不同道路几何特征的车速自适应控制问题，提出了一些新的评价函数，以提高控制律的适应性。首先，引入相似理论，对理论模型与仿真缩微车之间的几何相似、运动相似以及动力相似叁个方面进行分析，构建了缩微车模型与智能调控模拟实验平台参数标定方法。在道路几何建模方面，采用回旋线函数建立弯道和坡道几何模型。在车辆运动学建模方面，采用拉格朗日法建立基于3自由度的车辆纵横向耦合模型，包括纵向运动、横向运动与横摆运动的耦合。基于道路交通仿真平台和车辆硬件在环系统，建立了车速自适应控制方法实验环境。接着，分别引入坡道和弯道几何线形特征，提出考虑道路几何特征的评价函数，设计了车速自适应控制方法。在坡道条件下，推导了坡度角及其变化率的计算公式。根据系统耗散性所反映的能量损耗特性，将车速自适应控制转化成以能量存储函数为优化目标的H∞控制问题。建立关于车速调控的γ耗散性能准则，采用HJI方法(Hamilton-Jacobi-Issacs)，将控制律的设计转化为构造包含坡道几何特征激励费用和车速、纵向加速度变化补偿费用的能量存储函数。采用Backstepping方法，沿着车速控制系统的积分器链信号传递的正向，通过逐步逼近γ耗散不等式的方式，设计车速自适应控制律。在MATLAB环境下开展坡道自主驾驶的智能车速调控仿真实验，对整个上、下坡道的牵引力变化分析，结果表明考虑坡道几何特征的车速自适应控制律不仅可以根据上下坡的坡度角变化自动调节车速，且具有车辆行驶安全性高，能量消耗低的优势。在弯道条件下，对弯道曲率及其变化率的计算公式进行推导，建立车速调控γ耗散性能准则，将横向偏差自调节转化成以偏差平方和最小的最优控制问题。构造包含弯道几何特征激励费用和车速、横向加速度变化补偿费用的评价函数，采用LMI方法将控制律设计转换为满足横向偏差控制系统Hurwitz稳定的正定矩阵的求解。实现弯道自主驾驶的纵横向最优调控MATLAB仿真，考虑弯道几何特征的纵横向最优控制律不仅可以根据弯道曲率变化自动调节车速和横向偏差，并且整个弯道过程中的前轮转角的范围较小，能量消耗较低，更能增强车辆弯道行驶的安全性。最后，开展不同道路条件下的缩微车智能调控模拟实验，包括坡道的智能车速调控和弯道纵横向最优调控。验证了车速自适应控制与横向偏差自调节方法在道路交通仿真平台上的的可行性和有效性。
叶学艳[7]2007年在《磁浮车辆系统动力学建模与仿真分析》文中研究指明磁浮列车是一种具有良好发展前景的新型交通工具。鉴于国情，我国积极引进德国成熟的Transrapid高速磁浮列车技术，目前正紧张开展此技术的国产化研究。在低速磁浮列车技术上，我国也掌握了一整套关键技术。磁浮车辆系统是机电强耦合的复杂动力系统，十分有必要针对工程实际中凸现出的诸多动力学问题开展研究。本文正是在这种背景下，以青城山低速磁浮车辆和上海TR08型高速磁浮车辆为原型，开展了磁浮车辆系统动力学建模与仿真研究工作，有以下主要研究内容。在分析磁转向架结构的基础上，详细阐述高速磁浮车辆弹性悬浮架动力学建模的过程，联合利用CAD软件Solidworks、有限元软件ANSYS和多体动力学仿真软件SIMPACK，建立了弹性悬浮架动力学模型。第四章进一步分析青城山低速磁浮车辆与TR08型高速磁浮车辆的运动学关系与悬挂结构，采用参数化与子结构技术建立了低速与高速磁浮车辆动力学模型。开展了基于弹性悬浮架的高速磁浮车辆动态响应仿真分析。以一组典型的曲线线路，仿真分析了高速磁浮车辆曲线通过时车体、悬浮电磁铁悬浮气隙及其线圈电流、导向电磁铁导向间隙及其线圈电流与导向力的动态响应规律。仿真研究了曲线通过时悬浮架弓形脚弹性变形动态响应。就正弦型、余弦型和回旋型叁种缓和曲线对磁浮车辆曲线通过的动态响应影响做了比较，仿真结果与理论分析吻合。开展了低速磁浮车辆导向机构仿真研究，并揭示了T形臂、横向滑台及其二者之间的运动学规律。进一步建立了完整的高速磁浮车辆—桥梁—控制器耦合系统动力学模型。仿真分析了四种不同速度下磁浮车辆—轨道系统的动态响应特性，并将弹性轨道梁的动力学响应计算值与测试值进行对比验证。最后，比较研究了理想平顺与不平顺激扰作用下轨道梁的动力响应。
陈海军[8]2007年在《4WS汽车虚拟模型建模与操纵稳定性仿真》文中研究说明车辆四轮转向(Four-Wheel Steering)技术是改善汽车横向动力学性能的重要方法之一,本课题研究基于虚拟模型的4WS系统在控制策略下的操纵动力学特性。主要研究内容如下:1)根据ISO规定的汽车操纵稳定性试验条件,进行二轮转向车辆的操纵稳定性实车试验,取得试验数据结果。2)为实现车辆的动力学特性在虚拟环境下的仿真和预估,在ADAMS/Car环境建立整车动力学虚拟参数化模型。包括汽车车身、轮胎模型、悬架系统、转向执行机构等等。并进行二轮转向仿真,将仿真结果与实车试验结果进行比较,验证模型及方法的正确性。3)运用局部解耦的方法,将横摆率的控制从侧偏角的控制中解耦,使用独立通道控制系统设计方法,在MSC.EASY5中建立4WS车辆转向控制系统模型,实现在高速下转向行驶时按照一定的控制方法对后轮转角大小的控制。4)按照ISO汽车操纵稳定性规定的试验条件,给以一定的前轮转向角输入及相应的四轮转向控制方法,研究模型的瞬态和稳态响应特性,包括横摆角速度和侧向加速度的响应特性,以及其它的动力学特性指标。从仿真的结果可以看出,对于4WS车辆,通过解耦控制和独立通道设计,适当的控制前轮转角与后轮转角的大小、比值、方向以及转向时间差,将对四轮转向车辆的横向动力学性能产生很大的影响。
项盼[9]2016年在《具有不确定参数车轨耦合系统随机振动问题研究》文中指出实际工程结构的动力学分析问题通常存在很多的不确定因素,其大致可以分为两个方面：一是系统本身力学特性具有的不确定性,如材料属性的分散性,加工工艺的偏差；二是外部环境载荷的本质不确定性,如阵风,地震,波浪,路面不平顺等。为准确评估结构的实际动力学行为,显然需要同时考虑上述两类不确定因素的影响,通常也称为复合随机振动问题分析,相较于仅考虑单方面随机因素的动力学分析更有挑战性。本文以具有不确定参数的车轨耦合系统受随机轨道不平顺作用下动力学行为评估为核心内容,将其作为复合随机振动问题研究的出发点,推广虚拟激励法用于随机参数系统,结合混沌多项式展开、自适应回归算法和改进摄动法等,建立了一系列有效的复合随机振动问题的分析方法,主要工作包括以下四方面内容：1.将虚拟激励法推广应用于线性不确定系统,建立了车轨耦合系统复合随机振动的动力学模型及随机参数灵敏度分析方法。针对车轨耦合系统的几何与力学特征,利用轨道结构空间分布的周期性,在辛几何空间框架下采用传递矩阵方法建模,有效减少了车轨耦合系统的计算自由度。将车轨系统结构模型本身所具有的不确定性参数化为相互独立的随机变量；轨道不平顺则以随机过程描述,并根据其功率谱密度构造确定的虚拟激励载荷。以具有随机变量参数的虚拟响应运动方程为研究的基本方程,解析地推导了随机响应功率谱对随机参数的灵敏度,实现了有效的随机参数敏度筛选。2.针对车轨耦合系统复合随机振动问题,提出了基于随机伽辽金法求解的混沌多项式-虚拟激励法(PC/gPC-PEM)。首先将系统虚拟响应在随机参数概率空间实施混沌多项式展开,对于高斯型随机参数,将虚拟响应在Wiener-Hermite混沌多项式张开的空间内展开,而对于非高斯型随机变量,将依据其概率密度函数选择对应的广义混沌多项式函数作为基底。之后,利用混沌多项式展开基函数的正交关系通过伽辽金方法推导响应求解的控制方程,并在频域实施有效的求解获得响应的混沌展开系数。最终由虚拟响应的混沌多项式展开解给出功率谱响应的均值和方差的估计,该方法具有良好的收敛性,即使随机参数变异较大也能得到稳定的解答。3.针对混沌多项式展开中基函数数目随维度和阶数的增加而显着增加导致难以求解的问题,提出了复合随机振动的自适应回归算法。改善基函数系数的求解方法,以考虑自由度的改进误差统计量的增量为标准进行基函数的自适应筛选,结合继承性拉丁超立方采样方法,建立了兼顾精度与效率的自适应回归算法。该方法是非介入算法,易于实施,且自适应多项式基函数算法在预设精度下,仅保留显着系数的基函数,避免了问题维度的指数增长。由于基函数的高度稀疏性,回归算法中样本容量的需求降低,较完全组合多项式基函数能更快地收敛。应用该方法进行车轨耦合系统复合随机振动分析,给出了运行平稳性达标的可靠度。4.基于改进摄动法建立了考虑不确定参数的复杂车辆轨道耦合系统在轨道不平顺激励下舒适度仿真的快速算法。以随机参数的标准差为小量,根据随机变量类型将确定的标准差组合代入舒适度均值和方差的泰勒展开,进行确定性系统的舒适度仿真,再根据不同阶公式进行舒适度的均值和方差的评估。改进摄动法避免了递推方程的推导和随机矩阵求导运算,具有计算量小、精度高的特点。采用叁维刚柔混合模型,考虑悬挂系统连接参数的不确定性,在频域内实施随机振动分析及舒适度仿真,分析了舒适度分布及概率特征。所建立的算法避免了积分运算和随机样本的模拟,仅在离散的频点进行谐响应分析,计算结果与蒙特卡洛方法相比极好地吻合,而且具有很高的求解效率。
黄志浩[10]2012年在《大型重载列车定位作业动力学分析》文中进行了进一步梳理重载运输给铁路货物运输效率带来极大提高的同时,主要由拨车机与翻车机组成的大型铁路卸货系统也广泛地应用起来。拨车机将列车准确地牵引定位于翻车机内指定位置以便翻车机进行卸载,这种作业称为列车定位作业。与通常的列车运行过程不同,定位作业过程中列车运动所需的全部牵引力仅由拨车机提供,牵引力的大小决定了列车之间的车钩力以及翻车机的卸载能力,同时还影响拨车机的结构设计、成本和寿命,以及作业安全。列车运行的线路情况、列车重量、车辆缓冲器的力学特性、车钩间隙以及拨车机牵引速度模式等众多因素都可能以复杂的形式影响拨车机的牵引力。另一方面,在定位作业过程中,列车可沿轨道往复运动,列车运行阻力会出现开关效应。这些复杂的因素相互耦合,使定位作业中的大型重载列车成为工程中最复杂的非线性系统之一。传统的列车动力学理论研究通常都是针对列车正常运行作业,已不能解决定位作业过程中的一些突出问题。本文综合考虑了各种主要影响因素,对大型重载列车定位作业过程中的动力学进行了详细研究,主要开展了以下几方面工作：(1)改进了传统列车纵向动力学模型,建立了包含拨车机运动在内的重载列车纵向动力学模型。该模型充分考虑了定位作业过程中拨车机牵引力未知但其运动已知的特点,可适用于任意编组列车在不同类型轨道上的牵引定位作业纵向动力学分析。该模型不仅可以对列车定位作业过程进行一次动力学分析,还可以对拨车机将整个列车牵引定位作业完毕过程中的所有工况进行连续的动力学分析计算。我们研发了相应的动力学分析软件,根据分析计算,其结果符合工程实际。基于分析结果研究了大型重载列车定位作业过程中的基本动力学响应,为后续研究奠定了理论基础。(2)对摩擦式缓冲器的力学模型进行了深入研究,结合接触碰撞的研究成果,提出了一种新的力学模型。该模型中阻尼力是关于缓冲器行程变化率的非线性函数,充分考虑了加卸载之间的锁定效应,使其能更好地模拟摩擦式缓冲器的动态阻抗特性,而且大幅度地缓解数值分析中的困难。(3)以计算列车运行阻力的传统方法为基础,提出了由列车行进线路上样点阻力数值构造全线路阻力曲线的方法。该方法考虑真实货场的轨道状况,将列车基本阻力与附加阻力等效为轨道阻力,能够快速地计算出弯道、坡道和直道任意组合线路上任一点对应的阻力值,并且考虑了由于列车运行方向改变引起的开关效应以及不同类型轨道相连接所带来的列车阻力不连续效应。对于某一复杂的复合型轨道,结合研发软件给出了详细的全线路等效轨道阻力求解过程。(4)综合考虑了线路工况、车钩间隙、缓冲器特性以及拨车机牵引速度模式等影响因素,对大型重载列车定位作业进行了动力学分析,得到了各节车厢之间速度传递规律、车钩状态传递规律、列车长度变化规律、车钩力大小以及拨车机牵引力变化规律。针对以上每个影响因素,利用研发的软件分别分析计算,给出了相应的拨车机运行速度模式,对制定大型重载列车定位作业方案提供了参考依据。(5)以降低拨车机牵引力为目标,对拨车机的牵引速度模式进行了优化。定位作业中的大型重载列车是复杂的非线性系统,各种影响因素使得拨车机的牵引力与制动力不再是牵引速度模式中设计参数的简单光滑函数,对牵引速度模式中的设计参数进行耗时的敏感性分析是极其不便的。鉴于以上原因,我们采用了较为实用的响应面法对拨车机牵引速度模式进行了优化。利用研发的软件,给出了在水平直道上牵引重载列车进行定位作业过程中对拨车机牵引速度模式的优化结果,并找出了最佳的拨车机牵引速度模式。
参考文献：
[1]. 高速列车—轨道叁维刚柔耦合动力学研究[D]. 凌亮. 西南交通大学. 2015
[2]. 车辆防抱制动系统及制动稳定性控制策略的仿真研究[D]. 唐国元. 华中科技大学. 2005
[3]. 车载武器行进间发射动力学研究[D]. 谢润. 南京理工大学. 2015
[4]. 基于柔性车体的平车动力学性能仿真分析[D]. 刘楠. 西南交通大学. 2013
[5]. 列车碰撞动力学关键问题研究[D]. 杨超. 西南交通大学. 2016
[6]. 考虑道路几何特征的车速自适应控制方法研究[D]. 张蕊. 武汉理工大学. 2014
[7]. 磁浮车辆系统动力学建模与仿真分析[D]. 叶学艳. 西南交通大学. 2007
[8]. 4WS汽车虚拟模型建模与操纵稳定性仿真[D]. 陈海军. 南京林业大学. 2007
[9]. 具有不确定参数车轨耦合系统随机振动问题研究[D]. 项盼. 大连理工大学. 2016
[10]. 大型重载列车定位作业动力学分析[D]. 黄志浩. 大连理工大学. 2012
标签：铁路运输论文; 动力学论文; 建模软件论文; 仿真软件论文; 碰撞理论论文; 振动试验论文; 力学论文; 振动频率论文;