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原文传递长大货物轨道运输车辆系统结构振动特性研究

论文题名：	长大货物轨道运输车辆系统结构振动特性研究
关键词：	长大货物车辆;刚柔耦合系统;结构振动;非线性因素;动力学模型
摘要：	长大货物轨道运输车辆在交通运输中有着十分重要的地位和作用，随着现代化工业特别是电力、钢铁、矿业以及化工等行业的发展，越来越多的超大货物对承载的长大货物车辆提出了新的要求。结构越来越复杂，尺寸越来越长，载重越来越大，使用频次和运行速度也不断提高。这些要求使得车辆运行中弹性变形和弹性振动问题突显出来，刚柔耦合现象明显，对车辆系统的结构振动产生很大影响，导致车辆系统的动力学特性变差，严重影响了车辆的使用性能，车辆的轻型化要求使得该问题更加突出。因此，研究长大货物车辆刚柔耦合系统结构振动成为当前十分重要的课题。本文将刚柔耦合多体系统动力学理论与有限元分析方法相结合，对长大货物车辆系统的结构振动特性进行分析研究，具有重要的理论和实际意义。　　分析了多刚体系统中刚体的运动描述和多体系统的动力学方程。基于Jourdain虚功原理和d'Alembert原理，分析了车辆系统中的弹性体，采用Rayleigh-Ritz方法对弹性体变形问题进行研究和表述，以此为基础，建立了多体系统中弹性体的运动学方程。　　根据长大货物车辆中大底架的结构特点，在合理选择单元类型及划分单元后，建立了大底架有限元分析模型，详细分析了模态信息。用超单元法对大底架有限元模型进行合理缩减处理，建立了对应的具有动态特性的适合在车辆系统结构振动分析中使用的弹性模型，减少了计算自由度总数，保证了计算的准确性和效率。　　分析了轮轨接触关系及其模型、蠕滑力的计算，对车辆系统中存在的间隙、刚度、阻尼和摩擦等非线性因素用线性化方法进行了研究。分析了线路随机激扰描述方式以及线路谱表达式，对线路谱用傅立叶逆变换进行了数值模拟，获得了适合在车辆多体系统建模和动态仿真中使用的时域样本。建立了长大货物车辆刚性系统动力学模型，将经有限元分析得到的弹性大底架的模态信息引入到多体系统中，建立了长大货物车辆刚柔耦合系统动力学模型。　　对长大货物车辆进行了实际线路运行试验，得到了实验测试结果。以此为依据，用建立的长大货物车系统动力学模型对系统进行了仿真分析，获得了不同速度下车辆系统的结构振动参数，并与试验值进行了对比分析。结果表明刚柔耦合系统动力学模型的仿真结果比刚性系统动力学模型更符合运行情况，能很好地用于车辆系统的结构振动分析之中。　　分析了大底架模态选取阶数以及采样频率对长大货物车辆系统结构振动的影响规律，确定了适用于长大货物车辆系统的合理模态阶数和采样频率，使计算精度和计算速度均得到了较好的保证。　　利用建立的长大货物车辆刚柔耦合系统动力学模型，研究了悬挂刚度、阻尼和速度对长大货物车辆系统特别是大底架结构振动的影响，通过频谱分析，揭示了车辆系统结构振动的规律，为结构参数、运行速度的选择和优化配套及改进设计提供了依据。
作者：	孙志春
专业：	机械工程
导师：	周志立;李言
授予学位：	博士
授予学位单位：	西安理工大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文