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基于模型减缩理论的高速列车刚柔耦合振动分析
| 论文题名： | 基于模型减缩理论的高速列车刚柔耦合振动分析 |
| 关键词： | 高速列车;耦合振动;模型减缩;柔性构架;刚柔耦合;随机振动分析 |
| 摘要： | 近年来，随着高速列车高速化、轻量化和重载化的设计导致车辆系统零部件振动加剧，加速了零部件的疲劳失效，缩短了使用寿命。高速列车大系统的耦合振动问题是目前的研究热点，而耦合系统的建模方法和求解效率是其中的关键技术。因此，如何建立准确有效的耦合模型对高速列车振动分析具有重要意义。 转向架构架作为耦合大系统中支撑车身和连接车下设备的重要组成部分，对高速列车的安全运行起到重要的作用。传统建模方法的把转向架构架作为刚体来研究已不符合实际情况，所以在建模过程中有必要考虑构架的柔性特征。然而构架的有限元模型网格规模庞大，自由度多，导致计算机运行效率低，计算不精确。为解决这些问题，本文运用模型减缩的方法，对构架有限元模型进行自由度缩聚，再将减缩后的构架模型与其他部件进行耦合,建立车辆系统刚柔耦合模型，并与车辆系统刚体模型进行振动对比分析。具体的研究内容包括以下几个方面： (1)阐述模型减缩理论和减缩方法，以及应用领域。通过对各种减缩方法的优缺点以及应用范围的介绍，确定选用Guyan和 IRS减缩方法对转向架构架有限元模型进行减缩。 (2)建立转向架构架有限元模型，运用 Guyan和 IRS减缩技术对构架有限元模型进行自由度减缩，获得转向架减缩模型。通过对比减缩模型和原型模型的固有频率和模态振型对减缩模型精确性进行验证，结果表明：运用 IRS减缩方法得到构架减缩模型精度高于Guyan减缩，能完全替代原模型进行动力学分析。 (3)建立车辆系统刚体模型和车辆系统刚柔耦合模型。运用模型减缩技术对两端固定梁模型进行减缩，并验证减缩模型的精确性。将集中质量块通过弹簧与减缩梁建立刚柔耦合模型，并验证了刚柔耦合模型的正确性。根据该减缩梁和质量块的耦合思路建立包含柔性构架的车辆系统刚柔耦合模型。 (4)完成对车辆系统刚体模型和车辆系统刚柔耦合模型的模态分析、频率响应分析和简谐振动分析。运用随机振动理论，对整车系统进行随机振动分析。通过对两种模型的计算结果进行对比分析，结果表明：车辆系统刚柔耦合模型在中高频段更能体现柔性构架的弹性振动；在低频段柔性构架对车身和构架的垂向、侧倾振动的影响明显，而对车身和构架的横向振动影响不大；车辆系统在中高频段的振动明显强于系统在低频段的振动，这符合高速列车的实际运行工况。 |
| 作者： | 范然旭 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 张邦基;邓谊柏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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