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考虑液体晃动的三大件转向架罐车耦合系统动力学性能研究
| 论文题名： | 考虑液体晃动的三大件转向架罐车耦合系统动力学性能研究 |
| 关键词： | 液体晃动;三大件转向架;罐车;耦合系统;动力学性能 |
| 摘要： | 本文结合多刚体系统动力学和液固耦合系统动力学的相关知识，研究了平放圆柱形罐体内液体的力学形态。分析了液体在晃动时的力学特性，利用Hamilton原理和Ritz方法求解了液体晃动的固有频率和模态，并根据等效原则建立了罐体内液体晃动的弹簧质量块等效力学模型。以同样的方法给出了一长方形贮箱的计算结果并与其解析解进行了对比以验证本文方法的有效性和准确性。结果表明，采用前三阶模态已经可以很好的等效液体晃动的作用效果。 建立了考虑液体晃动的三大件转向架罐车的通用非线性数学模型，该模型适用于对常规三大件转向架、迫导向径向转向架、自导向径向转向架、侧架交叉支撑转向架和考虑(或不考虑)液体货物晃动的铁路罐车动力学性能进行仿真分析。模型中充分考虑了各种非线性因素，包括轮轨接触几何非线性、轮轨相互作用力的非线性和转向架抗菱刚度、随速度变化的干摩擦阻尼等各种货车悬挂元件的非线性。 运用直接数值积分方法研究了车辆系统的运动稳定性、曲线通过和运行平稳性，并分别对转向架的几个基本参数和各种机构的机构参数以及液体晃动对车辆系统动力学性能的影响进行了分析对比。对车辆系统在直线上失稳后所产生的复杂运动也进行了研究。通过研究发现，在一定的初始条件和速度下，三大件转向架罐车会出现拟周期解和混沌运动；选择合适的机构并与转向架的基本参数合理匹配，三大件转向架可以具有良好的动力学性能：迫导向机构对车辆系统的临界速度的提高和对曲线通过时各性能指标的改善效果是显著的，是解决车辆系统的运动稳定性和曲线通过能力之间的矛盾的有效途径；液体晃动的影响不能忽略。由于在一般情况下罐车所装载的液体货物都不可能是全充满的，带有自由液面的液体晃动对车辆系统的动力学性能会产生一定的影响。在半充液附近的情况下对车辆系统的动力学性能的影响比例是最大的，其对车辆系统的稳定性、曲线通过能力和随机响应的影响都是不利的。 本文通过对考虑液体晃动的三大件转向架罐车的动力学性能的分析，为三大件转向架的选型、改造和设计提供理论依据，也为液固耦合罐车系统动力学的研究做了一个有益的尝试。 |
| 作者： | 王勇 |
| 专业： | 载运工具运用工程 |
| 导师： | 沈志云 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2004 |
| 正文语种： | 中文 |
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