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原文传递柔性轮对建模初探

论文题名：	柔性轮对建模初探
关键词：	柔性轮对;列车车辆;轨道耦合;动力学系统;轮轴柔性模态;频谱分析
摘要：	随着列车运行速度不断提高，轮轨间动态作用愈加严重，使得列车的运行安全性、乘坐舒适性、轮轨磨耗、轮轨噪声等方面问题更为突出。传统的多刚体车辆动力学系统模型局限于低频动力学问题的研究，不能精确模拟中高频动力学现象。车辆/轨道耦合系统的中高频动力学行为与轮轨力和轮轨柔性变形密切相关，因此，考虑轮对的柔性，以拓宽车辆/轨道动力学系统的分析频域范围具有重要性。　　本文建立了柔性轮对数值计算模型，模型中考虑了轮轴在垂直和平行轨道两个平面内弯曲变形的中频模态，而暂不考虑两个平面弯曲变形的耦合，同时把车轮简化为一个刚体模型，基于此建立了运动微分方程，并解得轮轴中心线上各点的位移和转角，以获取车轮空间位置变化。由于考虑了车轴的柔性变形，导致车轮空间位置不与车轴中心节点位置变化直接关联，使得轮轨接触几何关系的确定、轮轨法向力和蠕滑力/力矩等计算成为难点。以下为轮轨接触模型的建模工作：　　在确定轮轨接触点位置时，首先确定左右车轮空间姿态，再利用迹线法找寻踏面上空间接触点轨迹，再用最小距离法搜索轮轨接触点。这样就通过轮轴的柔性变形逐层推进，最终确定了轮轨接触几何关系。　　计算轮轨法向力时，由柔性轮对轮轴变形将引起左右车轮姿态的不同，那么就应先分别利用左右车轮的垂向位移，确定左右车轮在轮轨接触点的轮轨垂向压缩量，再依据轮轨法向压缩量与垂向压缩量的空间几何关系来确定轮轨法向压缩量，进而基于Hertz理论计算轮轨法向力。　　计算轮轨蠕滑力时，考虑轮轴变形对轮轨接触点相对速度的影响，需把固结在左右车轮名义滚动圆圆心位置且随车轴一起运动的左右车轮连体坐标系作为中间坐标系，来确定踏面上轮轨接触点在绝对坐标系下的速度，进而通过坐标变换求得接触点坐标系下轮轨相对速度来确定蠕滑率，根据Kalker线性蠕滑理论计算轮轨蠕滑力。　　对考虑柔性轮对的车辆/轨道耦合动力学模型进行验证。首先，为验证轮轨接触关系模型的有效性，把仅考虑刚体模态的柔性轮对车辆轨道动力学系统模型和多刚体动力学系统模型对比；然后，为验证模型中轮对柔性模态引入的敏感性，分别单独加入各阶柔性模态，分析轮轴变形情况；最后，为说明加入轮对柔性模态的影响，轮轨接触处分别加入白噪声和正弦激励作用，分析了轮轨力、左右车轮侧滚偏角及其相应的频谱。
作者：	钟硕乔
专业：	载运工具运用工程
导师：	金学松
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文