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原文传递构架结构参数对其动态性能影响研究

论文题名：	构架结构参数对其动态性能影响研究
关键词：	高速列车;转向架;结构参数;动态性能;优化设计
摘要：	转向架是高速列车的核心部件，是运营安全及向更高速度迈进的重要保障。而构架作为转向架的骨架，是列车中重要的力承载和传递部件，其结构形式和参数不仅影响自身的强度、刚度和模态等，进而还将影响其瞬态动力学性能，同时还通过一系和二系悬挂将这种影响向两端传递和耦合，最终影响车辆的动力学性能，因此其结构设计的优劣将直接影响高速列车的运行品质。目前国内高速列车都采用H型构架，在新的运行环境下，如何通过调整其结构参数，使其既能满足强度要求，又能获得更优的车线匹配动力学性能，是一个值得研究的问题。　　本文首先通过文献调研和力学分析，确定影响构架的强度及动力学性能的结构参数，再沿着构架力学影响传递的路线，依次研究构架结构参数对结构刚度、自振特性、瞬态动力学性能及车辆动力学性能的影响规律，最终获得结构参数与性能之间的定性化和定量化影响规律，从而可为转向架构架的结构设计提供部分指导。　　构架结构参数的改变首先会影响到结构刚度的改变。H型构架主要由侧梁、横梁等焊接而成，通过构架的受力分析，忽略其剪切变形，仅考虑其弯曲变形，将构架简化抽象成为平面钢架结构。本文以构架横向弯曲刚度为例，依据相关标准通过力法原理推导出了构架结构参数（轴距、横梁间距、侧梁间距）与横向弯曲刚度性能之间的定量关系模型，通过仿真分析发现，其计算误差满足要求，从而验证了该模型的正确性。同时利用该模型分析可知:轴距和横梁间距是影响构架横向弯曲刚度的主要结构参数，两者均为三次非线性影响关系，调整这两个参数可有效改变构架横向刚度，而侧梁间距几乎对横向弯曲刚度没有太大影响。　　自振特性是结构本身的固有属性，是结构设计和性能评价的重要依据，结构的改变势必会影响结构本身的自振特性。分析构架不同结构参数下的自振特性的变化是进行构架结构设计的基础。论文以轴距、横梁间距和侧梁间距三个参数为输入，以构架固有频率和振型作为输出，构建待研究构架的有限元模型，通过对输入参数域进行均匀设计，获得了不同结构参数在不同参数域下对固有频率和振型的影响规律。通过分析发现:构架轴距等结构参数的改变对固有振型基本没有太大影响，而固有频率与构架轴距和侧梁间距负相关，与横梁间距正相关，即增大构架轴距和侧梁间距将引起构架固有频率降低，而增大构架横梁间距将使构架固有频率增大，反之亦然。　　由于构架结构参数变化所引起的其自身固有属性的改变，将影响其瞬态动力学性能，并通过一系和二系悬挂将这种影响向两端传递和耦合，最终影响车辆的动力学性能变化。论文借助瞬态动力学和刚柔耦合动力学仿真分析的手段研究了构架结构参数改变对其动态性能的影响规律。分析发现:①较大的轴距对车辆运行的安全性和平稳性均有利，但是对构架振动特性来说轴距并不是设计的越大越好，由于较大的轴距会引起构架30Hz左右的振动能量增强，而一阶自振频率有向该频率移动的趋势，故在构架轴距选取的过程中，在能避开弹性振动频率时可以取较大值;②构架横梁间距和侧梁间距对构架振动特性无明显影响，故在设计过程中可不考虑其对弹性振动的影响，虽然这两个参数对安全性、稳定性和平稳性等动力学性能有一定的负作用，但是其影响程度较小，故可更多地考虑安装于构架上的零部件安装尺寸的影响。
作者：	李成浩
专业：	机械制造及其自动化
导师：	邹益胜
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文