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动车组含间隙悬挂系统的动力学行为分析
| 论文题名： | 动车组含间隙悬挂系统的动力学行为分析 |
| 关键词： | 轨道车辆;非线性动力学;分岔理论;混沌理论 |
| 摘要： | 更高的运行速度是我国铁路发展的三大目标之一，但速度更快对转向架抑制轮对蛇形运动提出更高的要求。蛇形运动是导致车辆发生横向失稳的重要原因之一，动车组转向架悬挂系统中的橡胶横向止挡与车体之间存在自由间隙，其作用就是为了限制车体和转向架之间的相对位移，耗散来自转向架横向冲击的能量，减少车辆的横向振动，保持车辆的横向平稳性。由于动车组转向架上有止挡间隙这种强非线性因素的存在，在车辆系统发生蛇形运动时对车辆系统运行的横向稳定性造成重要影响，直接危害列车运行平稳性和乘坐舒适性。鉴于此，对含间隙的动车组悬挂系统进行非线性动力学分析是必不可少的，此外对含有橡胶横向止挡的悬挂系统进行动力学特性研究，能够为设计者在研发转向架的减振特性时提供一定的参考。 针对高速动车组运行速度较高和特定的车轮踏面轮廓，考虑到转向架蛇形运动时的位移对车体横向稳定性的影响，建立含双侧对称间隙的单自由度悬挂系统的动力学模型。分析系统在不同状态空间内的分布和运动状态随时间变化的历程，求解了系统在不同运动情形下的分段解析解。建立了转向架对称柔性接触系统的Poincaré映射，利用数值积分法通过MATLAB软件得到系统在不同频率下的相平面图、Poincaré截面图、时间历程响应、频谱图，结合图像分析系统在不同激励频率下的动态响应特征。发现单自由度含对称间隙系统中存在混沌、逆倍化分岔、周期的动力学迁移、演化路径。 针对轮对位移对转向架和车体的横向稳定性的影响，建立两自由度含间隙悬挂系统弹性碰撞的振动力学模型和数学模型。对运动微分方程进行无量纲化，分别探究激励频率和激励振幅对系统的影响。随着频率的增加系统经过两次Hopf分岔由稳定状态得到，不稳定状态，增大激励频率会到值系统稳定性减弱。随着激励振幅的减小，系统最终经过N-S分岔、Hopf分岔，由一种稳定状态达到另一种稳定状态，即减小激励振幅系统稳定性增加，增大激励振幅后系统的不稳定性减小 针对轮轨间作用力对轮对、转向架、车体三者所组成系统的影响，建立三自由度含间隙悬挂系统弹性碰撞的物理模型和数学模型，对系统的运动微分方程进行无量纲化。对系统进行数值仿真分析发现，系统在通往混沌的过程中，系统的动态响应中包含Hopf分岔、逆倍化分岔等动力学行为。通过改变止挡刚度，系统运动状态发生改变，适当增大刚度可增加系统稳定性，减小刚度可减小系统发生混沌的频率区间。 |
| 作者： | 李博敏 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 张红兵 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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