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基于实测模态的车体刚柔耦合简化模型研究
| 论文题名： | 基于实测模态的车体刚柔耦合简化模型研究 |
| 关键词： | 铁道车辆;刚柔耦合;弹性振动;动力学性能;实测模态 |
| 摘要： | 研究车体振动响应是铁道车辆设计的重要组成部分，铁道车辆轻量化设计导致车体弹性振动加剧。刚体模型是车体研究初期常用的动力学模型，但分析车体弹性振动时刚体模型已经不能满足要求。柔性体模型采用模态叠加法，是目前分析车体弹性振动最常用的方法，但将车体工作模态考虑到动力学仿真模型时，建立准确的车体柔性体模型难度大。 论文基于结构模态理论提出刚柔耦合简化模型，推导质量、质心位置、转动惯量和力元刚度解析表达式。针对某高速列车头车开展工作模态试验与线路试验，获得车体一阶垂弯、一阶横弯和一阶扭转工作模态频率，测量车体中部垂向、横向与右侧枕梁垂向振动加速度。利用多体动力学软件SIMPACK建立刚柔耦合简化模型、刚体模型和柔性体模型。通过工作模态试验结果获得刚柔耦合简化模型力元刚度，通过线路实测响应获得力元阻尼。 对比三种模型与实测信号频谱图验证刚柔耦合简化模型可行性。通过动力学指标计算，对比刚柔耦合简化模型与现有模型差异。结果表明:在运行稳定性和安全性仿真时刚柔耦合简化模型与刚体模型、柔性体模型吻合度高，在计算轮轴横向力与脱轨系数时刚体模型低估了列车实际运行性能，刚柔耦合简化模型与柔性体模型结果相近。车体弹性振动对于平稳性和舒适度影响较大，在计算平稳性时刚柔耦合简化模型与台架试验结果吻合度高，在计算舒适度时刚柔耦合简化模型比刚体模型更能反应弹性振动的影响，因此刚柔耦合简化模型可用于指导实际工程设计。 刚柔耦合简化模型能快速、准确的考虑车体一阶垂弯、一阶横弯和一阶扭转，同时使弹性振动相互解耦，满足模态信息、振动响应与实测结果对应，比柔性体模型具有更高的工程应用价值。通过刚柔耦合简化模型研究该车辆悬挂参数对车体振动影响，结果表明:随着一系垂向刚度、二系垂向刚度的增大，车体垂向平稳性指标与振动加速度均方根增大，因此一系垂向刚度、二系垂向刚度在满足结构设计时建议选取较小值以减少车体振动;一系垂向阻尼对车体振动的影响与二系垂向阻尼取值有关，提高列车运行速度，选择合理的一系垂向阻尼、二系垂向阻尼可以改善车体垂向平稳性与振动加速度均方根，基于垂向平稳性分析，建议一系垂向阻尼取值为10kN·s/m，二系垂向阻尼取值10kN·s/m。 |
| 作者： | 冯扬 |
| 专业： | 交通运输工程 |
| 导师： | 池茂儒 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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