动力学建模计算手册

建模、计算记录1创建文件
主窗口>>File>>Open File，弹出文件选择窗口。

选择合适的文件目录，点击New，输入文件名，OK。

主菜单>>Model Setup，弹出建模窗口，同时创建了基本模型，该基本模型包括一个坐标参考系（Isys），一个刚体（Body）和一个运动副（joint）。

2设置环境
2.1设置重力
建模窗口>>Globals>>Gravity，弹出重力设置窗口。

将重力设置为Z方向+9.81，OK。

2.2设置视图
建模窗口>>View>>View Setup，弹出视图设置窗口。

选择【Standard Views】中的【wheel/Rail: Perspective view】，OK。

3创建第1个轮对
3.1创建轮对刚体
建模窗口>>Element>>Bodies，弹出刚体元件窗口。

将Body1重命名为Wheelset1。

双击Wheelset1，弹出刚体参数设置窗口。

3.2创建轮对的外形
选择【3D Geometry】，弹出刚体外形设置窗口。

双击$P_Wheelset1_Cuboid，出现设置外形参数窗口。

设置车轴外形参数，见上图，OK。

回到刚体外形设置窗口，OK。

回到刚体设置窗口，OK。

4创建轮对的运动副和轮轨接触
4.1创建轮对的运动副
>>Elements>>Joints，出现运动副窗口，双击$J_Wheelset1，出现运动副设置窗口。

选择07号运动副，设置初始状态。

4.2创建轮轨接触
选择【Generate/Update Wheel-Rail Elements of Joint】，出现轮轨接触窗口。

选择OK，回到运动副设置窗口。

点击【Assemble System】，OK，完成车轮及轮轨接触运动副设置。

模型文件名：Ametro_01。

5设置初始轨道
>>Globals>>Track，出现轨道设置窗口。

SIMPACK中，可以设置六种轨道形式：
（1）直线；
（2）圆曲线；
（3）直线+缓和曲线+圆曲线；
（4）直线+缓和曲线+圆曲线+缓和曲线+直线；
（5）两段方向曲线+直线；
（6）道岔；
5.1直线
【Toplogy】选择Straight Track，输入线路总长度，OK。

程序调试时，通常采用直线形式。

模型文件名：Ametro_02。

5.2曲线
曲线需要选择以下参数：
（1）缓和曲线超高类型（S形、直线形）；
（2）超高形式（中心线、内轨式）
曲线的设置包括以下参数：
（1）直线长度：
（2）缓和曲线长度；
（3）圆曲线半径；
（4）曲线超高；
（5）超高测量值（默认1.506m）；
（6）圆曲线长度；
（7）线路总长度；
6设置车辆总体参数
6.1车辆总体参数初步设置
>>Globals>>Vehicle Globals，出现车辆总体参数设置窗口。

设置轮对类型【Wheelsets of Type】：Wheelset1
设置车辆速度【v_vehicle】：10m/s；
设置轨道参数模式【Rail gauge given by】：Track Gauge
设置左轮滚动圆半径：0.42m；
设置右轮滚动圆半径：0.42m；
设置车轮滚动圆横向间距之半：(1.353+2*0.07)/2=0.7465m；
设置轨距：1.435m；
设置轨距测量高度：0.014；
设置轨底坡：1/40；（如果没有轨底坡，则设为“0”）
设置左轮踏面外形：S1002；
设置左轨外形：UIC60；
设置右轮踏面外形：S1002；
设置右轨外形：UIC60；
设置轮轨接触模式：【single contact】，【constraint contact】，【Table eveluation】。

选择【Apply as Defaults】，Close，完成设置。

6.2保存设置
建模窗口>>File>>Save，建模窗口>>File>>Reload，系统自动完成轮对与线路的装配，如下图所示。

注意：由于SIMPACK没有undo功能，因此在每一步完成后请存盘，然后重新载入模型，或者另存为一新文件。

6.3轮轨接触几何关系检查
当对车轮踏面和轨头外形设置完成后，可检查轮轨接触几何关系。

点击【Check Profile/Tables】，出现轮轨接触几何关系检查设置窗口以及结果窗口。

6.4轮轨接触力计算设置
点击【Contact Force】，出现轮轨接触力计算设置窗口。

各选项说明如下：
蠕滑力计算理论：默认为Kalker简化理论；
摩擦形式：默认为常数；
摩擦系数：默认取0.4；
车轮正压力小于等于零时：
（1）终止计算；（2）垂向载荷变为零；
注意：以上选项的存在条件时轮轨运动副设置为07或09。

轮对抬高量时：
（1）不作处理；（2）跳起5mm时终止计算；（3）爬起5mm时终止计算。

6.5轮轨接触模式
单点接触：一点接触
多点接触：最多三点接触——踏面、轮缘、轮背各一点。

刚性接触：
（1）法向力等于约束力；
（2）避免高频振动，运算速度快；
（3）车轮只存在“假抬起”；
（4）可进行单点、多点接触计算。

弹性接触：
（1）用单侧弹簧和阻尼（18号元件）代替约束；
（2）法向力等于弹簧和阻尼合力；
（3）存在高频振动，计算速度慢；
（4）车轮可能抬起；
（5）仅适用于单点接触。

（1）调试模型——单点刚性接触，不允许跳起；
（2）平稳性计算，线路激扰小——单点刚性接触，不允许跳起；
（3）平稳性计算，线路激扰大——单点刚性接触，允许跳起；
（4）脱轨安全性计算，大曲线——单点弹性接触，允许跳起；
（5）脱轨安全性计算，小曲线——多点刚性接触，允许跳起；
（6）曲线通过计算，可能出现大冲角——在线轮轨力计算；
模型文件名：Ametro_03。

7创建第2个轮对
7.1创建轮对刚体
>>Element>>Bodies，弹出刚体元件窗口。

新建一个刚体，命名为Wheelset2，弹出参数设置窗口。

7.2创建轮对的运动副和轮轨接触
>>Elements>>Joints，出现运动副窗口（备注：每创建一个刚体时，系统自动在该刚体上创建一个运动副）。

双击$J_Wheelset2，出现运动副设置窗口。

选择07号运动副，设置初始状态，S=2.5m（轴距）。

选择【Generate/Update Wheel-Rail Elements of Joint】，出现轮轨接触窗口。

选择【Wheelset Type】与第1个轮对相同：WheelsetType_1，OK。

回到运动副设置窗口，点击【Assemble System】，OK。

7.3保存设置
建模窗口>>File>>Save，建模窗口>>File>>Reload，系统自动完成轮对与线路的装配。

7.4创建轮对的运动副和轮轨接触
由于轮对的类型与第1个轮对相同，因此不需要再设置参数。

如果两个轮对的参数不同，则需要设置该参数。

模型文件名：Ametro_04。

8创建构架
8.1创建构架刚体
>>Element>>Bodies，弹出刚体元件窗口。

新建一个刚体，命名为frame1，弹出参数设置窗口。

设置构架的参数：动车构架的质量为3970kg，摇头转动惯量为4716
构架的质心为（0，0，-0.5），质心位置这样设置的好处是使得构架参考系的高度在轨面上，便于构架上其它Marker点的位置设置，这时在构架运动副中的高度不需要设置。

构架其它参数设置如下图所示。

8.2创建构架的外形
选择【3D Geometry】，出现几何图形设置窗口。

重新名为Frame，选中进入图形设置窗口。

【Type】选择22：Wheel Rail Bogie。

设置参数如上图，OK。

在几何图形设置窗口，增加新的几何图形travf，进入图形设置窗口。

【Type】选择01：Cubiod，设置参数如上图，OK。

在几何图形设置窗口，增加新的几何图形travb，进入图形设置窗口。

【Identify to】：travf，设置参数如上图，OK。

8.3创建轮对的运动副
>>Elements>>Joint，双击$J_Frame，出现运动副设置窗口。

【Joint type】选择07:General Wheel/Rail Joint。

设置初始状态，S=1.25m（转向架质心纵向坐标）。

注意：不要选择【Generate/Update Wheel-Rail Elements of Joint】。

8.4保存设置
建模窗口>>File>>Save，建模窗口>>File>>Reload。

模型文件名：Ametro_05。

9创建一系悬挂
9.1创建轮对的Marks点
>>Elements>>Bodies，选择第1个轮对。

选择【Marks】，出现Mark点窗口。

新建轮对上Mark点，wheelset1_PS_L（0，-1，0）和wheelset1_PS_R（0，1，0）。

注意：这里的坐标均为相对坐标，是相对刚性质心的坐标。

同样，创建第2个轮对Marks点，wheelset2_PS_L（0，-1，0）和wheelset2_PS_R（0，1，0）。

9.2创建构架的Marks点
Frame1_PS_FL（-1.25，-1，-0.42），Frame1_PS_FR（-1.25，1，-0.42）
Frame1_PS_BL（1.25，-1，-0.42），Frame1_PS_BR（1.25，1，-0.42）
实际上，构架上的Mark点与轮对的Mark点在空间的位置重合。

9.3创建一系弹簧
>>Elements>>Forces，新建一个力元件PS_FL1，出现了力元件设置窗口。

【Force Type】选择05:Spirng Damper parallel Cmp，设置一系弹簧参数，如上图。

小技巧：
选择【From Marker i】和【To Marker j】的顺序时，应尽量使得预平衡载荷【Nonimal Force】为负值。

如果预平衡载荷为正值，可能回出现车轮离开轨道的情况，影响积分的速度，这时可将【From Marker i】和【To Marker j】的顺序颠倒，就能解决问题。

选择【3D Graph】，出现力元件形状设置窗口。

设置力元件外形，如上图，OK。

同理，设置其它一系垂向弹簧力元件，PS_FR1，PS_BL1，PS_BR1。

9.4保存设置
建模窗口>>File>>Save，建模窗口>>File>>Reload。

模型文件名：Ametro_06。

10模型检查
10.1加速度检查
建模窗口>>Globals>>Vehicle Globals，出现车辆参数设置窗口。

速度设为1m/s，【Apply as Defaule】。

建模窗口>>File>>Save。

主窗口>>Calculation>>Test Call>>Performance。

检查各运动副的加速度。

主窗口>>PostProcess>>States Plots。

如果模型中所有运动副的加速度接近零值，说明模型没有错误。

如果模型中某个运动副的加速度很大（如达到10g左右），说明给运动副存在错误。

如果模型中某个运动副的Z向加速度为1g左右，说明该模型初始状态没有平衡。

10.2载荷预平衡
建模时，各刚体的位置通常是取空车（重车）的平衡位置，因此必须对垂向弹簧施加预载荷以平衡重力。

关闭建模窗口。

主窗口>>Calculation>>Nonimal Forces，出现载荷预平衡窗口。

点击【Initialise with All】，需要计算的Force Element出现。

点击【Perform Calculation】，计算结果窗口出现。

检查各力元件上载荷的对称性，如果某一力元件与其它同类元件的载荷相差较大，说明该力元件存在错误。

小技巧：如果预平衡载荷为正值，可将力元件的【From Marker i】和【To Marker j】的顺序颠倒，就能解决问题。

当各力元件上载荷很对称时，点击【Save】，出现计算结果保持窗口，按图示选择后，点击OK。

点击【Exit】，退出预载荷计算窗口。

10.3计算检查
进入建模窗口。

建模窗口>>Calculation>>Time Integration，出现时域积分窗口。

选择【Go】。

如果转向架图形开始运动，说明模型正常。

否则，自动退出该窗口。

模型文件名：Ametro_06。

11创建另一个转向架
11.1创建第3个轮对
>>Element>>Bodies，新建一个刚体，命名为Wheelset3。

>>Elements>>Joints，双击$J_Wheelset3，选择07号运动副，设置初始状态，S=15.7m （车辆定距）。

选择【Generate/Update Wheel-Rail Elements of Joint】，出现轮轨接触窗口, 选择OK，回到运动副设置窗口。

点击【Assemble System】，OK，完成车轮及轮轨接触运动副设置。

>>File>>Save，然后>>File>>Reload。

模型文件名：Ametro_07。

11.2创建第4个轮对
>>Element>>Bodies，新建一个刚体，命名为Wheelset4。

>>Elements>>Joints，双击$J_Wheelset3，选择07号运动副，设置初始状态，S=2.5+15.7=18.2m（车辆定距）。

选择【Generate/Update Wheel-Rail Elements of Joint】，出现轮轨接触窗口, 选择OK，回到运动副设置窗口。

点击【Assemble System】，OK，完成车轮及轮轨接触运动副设置。

>>File>>Save，然后>>File>>Reload。

模型文件名：Ametro_08。

11.3创建第2个构架
>>Element>>Bodies，新建一个刚体，命名为frame2。

设置构架的参数：动车构架的质量为3970kg，摇头转动惯量为4716
>>Elements>>Joint，双击$J_Frame2，【Joint type】选择07:General Wheel/Rail Joint。

设置初始状态，S=1.25+15.7=16.95m（转向架质心纵向坐标）。

模型文件名：Ametro_09。

11.4创建一系悬挂
创建第3个轮对上的Marks点，wheelset3_PS_L（0，-1，0）和wheelset3_PS_R（0，1，0）。

创建第4个轮对上的Marks点，wheelset4_PS_L（0，-1，0）和wheelset4_PS_R（0，1，0）。

创建第2个构架上的Marks点，Frame2_PS_FL（-1.25，-1，-0.42），Frame2_PS_FR（-1.25，1，-0.42），Frame2_PS_BL（1.25，-1，-0.42），Frame2_PS_BR（1.25，1，-0.42）>>Element>>Forces，创建力元件PS_FL、PS_FR、PS_BL、PS_BR，类型05:Spirng Damper parallel Cmp，设置弹簧参数，同第1个转向架。

模型文件名：Ametro_10。

12创建车体
12.1创建刚体
>>Element>>Bodies，新建一个刚体，命名为Carbody。

设置车体的参数：质量为23-1.8）。

设置车体的图形，如下图所示。

12.2创建运动副
>>Elements>>Joints，双击$J_Carbody，选择07号运动副，设置初始状态，S=7.85+1.25=9.1m（车辆定距）。

12.3保持文件
>>File>>Save，然后>>File>>Reload。

模型文件名：Ametro_11。

13创建二系悬挂垂向弹簧
13.1 第1个转向架
构架上的Mark点，Frame1_SS_L（0，-0.94，-0.75），Frame1_SS_R（0，0.94，-0.75）。

车体上的Mark点，Carbody_SS_BL（-7.85，-0.94，-0.75），Carbody_SS_BR（-7.85，0.94，-0.75）。

>>Elements>>Forces，创建力元件SS_BL。

【Force Type】选择05:Spirng Damper parallel Cmp，设置弹簧参数，如下图。

设置力元件外形，OK。

同理，创建力元件SS_BR。

13.2 第2个转向架
构架上的Mark点，Frame2_SS_L（0，-0.94，-0.75），Frame2_SS_R（0，0.94，-0.75）。

车体上的Mark点，Carbody_SS_FL（7.85，-0.94，-0.75），Carbody_SS_FR（7.85，0.94，-0.75）。

>>Elements>>Forces，创建力元件SS_FL，SS_FR，参数同前。

13.4保存设置
建模窗口>>File>>Save，建模窗口>>File>>Reload。

13.4载荷预平衡
关闭建模窗口。

主窗口>>Calculation>>Nonimal Forces，出现载荷预平衡窗口。

点击【Reset Nonimal and Constraint Forces】，去除原来的载荷预平衡。

点击【Initialise with All】，点击【Perform Calculation】，计算结果窗口出现。

检查各力元件上载荷的对称性，如果各相同位置力元件的载荷基本相等，点击【Save】，出现计算结果保持窗口，点击OK。

小技巧：如果力元件的横向和纵向预平衡载荷存在很小的载荷时，使用建模窗口中>>Calculation>>Time Integration进行模型检查时可能无法运行。

出现这种情况时处理如下：
（1）在建模窗口内打开Vehicle Global窗口，进入【Contact Force】设置窗口，将【Allow Wheel Left】设置为“Set Tx=Ty=0 when N<0 and continue”，OK，
回到Vehicle Global窗口，点击【Apply as Defaults】，Close，退出Vehicle
Global窗口。

保持文件，Reload。

（2）使用建模窗口中>>Calculation>>Time Integration进行模型检查。

（3）打开Vehicle Global窗口，进入【Contact Force】设置窗口，将【Allow Wheel Left】改回原来的设置“Abort Simulation when N<0”，OK，回到Vehicle
Global窗口，点击【Apply as Defaults】，Close，退出Vehicle Global窗口。

保持文件，Reload。

（4）使用建模窗口中>>Calculation>>Time Integration再次进行模型检查。

模型文件名：Ametro_12。

14二系垂向减振器
14.1第1个转向架
构架上的Mark点，Frame1_SDZ_L（-0.41，-1.235，-0.4），Frame1_SS_R（0.41，1.235，-0.4）。

车体上的Mark点，Carbody_SDZ_BL（-7.85-0.41，-1.235，-0.9），Carbody_SDZ_BR （-7.85+0.41，1.235，-0.9）。

>>Elements>>Forces，创建力元件SDZ_BL。

【Force Type】选择02: Damper Ptp，设置阻尼参数，如下图。

设置力元件外形，OK。

同理，创建力元件SDZ_BR。

14.2第2个转向架
构架上的Mark点，Frame2_SDZ_L（-0.41，-1.235，-0.4），Frame2_SS_R（0.41，1.235，-0.4）。

车体上的Mark点，Carbody_SDZ_FL（-7.85-0.41+15.7，-1.235，-0.9），Carbody_SDZ_FR （-7.85+0.41+15.7，1.235，-0.9）。

>>Elements>>Forces，创建力元件SDZ_FL，SDZ_FR，参数同前。

模型文件名：Ametro_13。

15横向减振器
15.1第1个转向架
构架上的Mark点，Frame1_SDY（-0.21，-0.3，-0.7）。

车体上的Mark点，Carbody_SDY_B（-7.85-0.21，0.3，-0.7）。

>>Elements>>Forces，创建力元件SDY_B。

【Force Type】选择02: Damper Ptp，设置阻尼参数，如下图。

设置力元件外形，OK。

15.2第2个转向架
构架上的Mark点，Frame2_SDY（0.21，0.3，-0.7）。

车体上的Mark点，Carbody_SDY_F（7.85+0.21，-0.3，-0.7）。

备注：每转向架只有一个横向传感器，车体上的横向减振器靠外侧布置。

>>Elements>>Forces，创建力元件SDY_F，参数同上。

模型文件名：Ametro_14。

16纵向牵引弹簧
16.1第1个转向架
构架上的Mark点，Frame1_TR（0，0，-0.42）。

车体上的Mark点，Carbody_TR_B（-7.85，0，-0.42）。

>>Elements>>Forces，创建力元件TR_B。

【Force Type】选择05: Spring Cmp，设置弹簧参数，如下图。

设置力元件外形，OK。

16.2第2个转向架
构架上的Mark点，Frame2_TR（0，0，-0.42）。

车体上的Mark点，Carbody_TR_F（7.85，0，-0.42）。

>>Elements>>Forces，创建力元件TR_F。

弹簧参数同上。

模型文件名：Ametro_15。

17扭杆弹簧
17.1第1个转向架
构架上的Mark点，Frame1_ARB（0，0，-0.5）。

车体上的Mark点，Carbody_ARB_B（-7.85，0，-0.5）。

>>Elements>>Forces，创建力元件ARB_B。

【Force Type】选择13:Spr-Damp rot Meas.-Inp Cmp，设置弹簧参数，如下图。

设置力元件外形，OK。

17.2第2个转向架
构架上的Mark点，Frame2_ARB（0，0，-0.5）。

车体上的Mark点，Carbody_ARB_F（7.85，0，-0.5）。

>>Elements>>Forces，创建力元件TR_F。

弹簧参数同上。

模型文件名：Ametro_16。

18横向止档
18.1第1个转向架
构架上的Mark点，Frame1_BS（0，0，-0.8）。

车体上的Mark点，Carbody_BS_B（-7.85，0，-0.8）。

>>Elements>>Input Functions，新建一个力特性函数BumpStop。

【x-unit】选择m，【y-unit】选择N，按下图输入数据。

选择插值方式，【Plot】画图。

>>Elements>>Forces，创建力元件BS_B。

【Force Type】选择05:，设置弹簧参数，如下图。

设置力元件外形，OK。

18.2第2个转向架
构架上的Mark点，Frame2_BS（0，0，-0.8）。

车体上的Mark点，Carbody_BS_F（-7.85，0，-0.8）。

>>Elements>>Forces，创建力元件BS_F，弹簧参数设置同上。

模型文件名：Ametro_17。

19模型检查
19.1载荷预平衡
关闭建模窗口。

主窗口>>Calculation>>Nonimal Forces，出现载荷预平衡窗口。

点击【Reset Nonimal and Constraint Forces】，去除原来的载荷预平衡。

点击【Initialise with All】，点击【Perform Calculation】，计算结果窗口出现。

检查各力元件上载荷的对称性。

如果各相同位置力元件的载荷基本相等，点击【Save】，出现计算结果保持窗口，点击OK。

19.2计算检查
进入建模窗口。

建模窗口>>Calculation>>Time Integration，出现时域积分窗口，选择【Go】。

如果转向架图形开始运动，说明模型正常。

否则，自动退出该窗口。

19.3保持文件
建模窗口>>File>>Save，>>File>>Reload。

20振型分析
20.1模型线性化
建模窗口>>Globals>>Vehicle Globals，出现车辆总体参数设置窗口。

【Wheel/Rail Profile Geometry】选择“Linearsed”，点击【Define】。

选择【Harmonic Linearisation】，然后点击【Linearise】，回到上级窗口。

建模窗口>>Globals>>Linearisation States，出现状态参数线性化窗口。

选择【Copy All Joint States to Linearization State】，点击【OK】。

建模窗口>>File>>Save，>>File>>Reload，文件Ametro_18。

20.2特征根计算
主窗口>>Calculation>>Eigenvaluse，出现特征根计算窗口。

点击【Perform】，计算结果如下图。

特征根计算窗口>>File>>Save。

20.3振型显示
建模窗口>>Animation>>Mode shapes，出现Animation Control Panal。

选择振型后播放，动画速度和播放模式可调整。

20.3车辆的振型
车辆的振型如下表所示。

序次振型频率（HZ）阻尼比（%）
1 车体下心滚摆0.7593 14.83
2 车体浮沉 1.3080 14.90
3 车体摇头 1.4691 46.90
4 车体上心滚摆 2.0003 22.43
5 车体点头 2.0492 26.93
6 前后构架同相浮沉 5.8683 30.46
7 前后构架反相浮沉 5.9343 28.36
8 前后构架反相点头8.1277 28.36
9 前后构架同相点头8.1294 22.44
10 前后构架反相侧滚8.9498 41.95
11 前后构架同相侧滚9.0226 42.95
12 前后构架反相横移13.0754 7.42
13 前后构架同相横移13.0754 7.46
14 前后构架同相摇头20.8575 0.81
15 前后构架反相摇头20.8584 0.81
20车轮踏面
任一形状的车轮踏面需要经过两个步骤才能被程序应用。

1：将车轮踏面的数据文件载入，该步骤是在“Profile Approximation”窗口下完成的。

2：生成轮轨接触数据表，该步骤是在建模窗口下的“Vehicle Globals”窗口下完成的。

20.1车轮踏面的数据文件载入
SIMPACK使用右轮、右轨作为默认的数据输入，数据的坐标系见下图。

数据文件采用ASCII文件格式。

车轮踏面数据文件的第1、2行是说明踏面字符，第3行是有效数据列数值，以下各行是车轮踏面的坐标值，其中第1列为Y坐标，必须从小到大排列，方向从左到右；第2列为Z坐标，向上为正（指向轮心）。

轨头外形数据文件的数据文件结构与车轮踏面的相同，其Y坐标必须从小到大排列，方向从左到右，Z坐标向上为正（指向轨头外）。

坐标数值的单位为mm。

数据文件需要保持在以下指定目录：
C:/SIMPACKv8.8/ren（用户名）/SIMPACK.8800/dat/wheel_rail_profs_measured/
主窗口>>PreProcess>>Wheel/Rail Profile Approximation，进入Profile Approximation窗口，如下图。

【Profile Type】选择Wheel Profile。

【Z-axis of measure date】选择up。

选择数据文件“LM.dat”。

点击【Perform Approximation】，生成SIMPACK数据文件。

点击【Save】，保持文件，【Exit】退出。

20.2轮轨接触生成
建模窗口>>Globals>>Vehicle Globals，出现车辆总体参数设置窗口。

设置左轮踏面外形：LM。

设置右轮踏面外形：LM。

点击【Apply as Defaults】，Close。

建模窗口>>File>>Save，建模窗口>>File>>Reload。

当对车轮踏面和轨头外形设置完成后，可检查轮轨接触几何关系。

点击【Check Profile/Tables 】，出现LM 与UIC60轨的轮轨接触几何关系结果，见下图。

文件名Ametro_18。

21轨道不平顺 在SIMPACK 软件中，轨道不平顺有以下方式：
（1） 由轨道不平顺的PSD 谱生成，程序中带有德国谱，用户可自定义其它PSD 谱； （2） 余弦型轨道不平顺，可由程序生成或由用户给出； （3） 实际测量的轨道不平顺数据。

这里仅介绍如何使用PSD 生成时域的轨道不平顺。

21.1轨道不平顺的PSD 谱 轨道不平顺的PSD 谱由建模窗口的多项式函数定义。

建模窗口>>Elements>>Polynomials ，出现多项式函数窗口，默认包括三个多项式函数，分别表示水平不平顺（StochTrackEx_y ），垂向不平顺（StochTrackEx_z ）和高度、轨距不平顺（StochTrackEx_a1）。

选择方向不平顺StochTrackEx_y ，双击后出现多项式函数定义窗口。

【Type 】选择Spectral Analysis 。

【Coefficients Given by 】选择：Wheel Rail ：DB Horizontal High 。

点击Plot ，画出方向不平顺的PSD 图。

点击OK ，>>File>>Save ，保持文件。

同理得到，得到高低不平顺StochTrackEx_z 和交叉不平顺StochTrackEx_cross 。

21.2轨道中加入不平顺 建模窗口>>Globals>>Track ，出现轨道设置窗口。

【Excitation 】选择Track-related ，出现“Track Excitation Generator ”窗口。

点击【Vetical 】，选择08：Nonlin. Stoch. by Polynomi 。

点击【Parameter 】，出现参数选择窗口。

双击窗口中文件，将值改为1.0，出现参数表，填入相应参数，见下图。

参数设置说明如下：
（1） 第1行的ID 在（0，5）区间取值，该值是随机数的初始值，但各个方向的不
平顺的ID 值不能相同；
（2） 第2行是采样频率点数，用freq n 表示； （3） 第3行是最高截至频率，用m ax n 表示； （4） 第3行是最低截至频率，用m in n 表示；
（5） 如果存在min max /n n n freq =，这时时间历程波形的PSD 谱是正确的，但波形是
周期很短的周期信号；如果min max /n n n freq ≠，波形是准周期的，但时间历程
波形的PSD 谱在低频段是不正确的； （6） 频率的单位必须是1/m ；
（7） 频率的划分应该是不等距的，否则PSD 不能正确地表达； 设置完成后，OK ，回到上一级窗口。

点击【Parameter 】，画出时域的不平顺曲线。

同样设置其它方向的不平顺。

>>File>>Save，保持文件。

模型文件名Ameto_19。

22时域积分仿真
22.1参数设置
主窗口>>Calculation>>Time Integration>>Configure，出现积分设置窗口。

设置开始和结束积分时间，以及输出点数。

点击【Save】，保持设置。

如有必要，可改变积分方法。

点击【Setting】，出现积分方式设置窗口。

22.2时域仿真
主窗口>>Calculation>>Time Integration>>Performance with measurement ，这时会跳出一个积分过程信息窗口，它给出了积分过程出现的各种情况。

23后处理（结果输出）
模型文件名Ameto_20，曲线通过。

23.1 G2D Plots
主窗口>>PostProcess>>G2D Plots，出现2D绘图窗口。

Axis选“x”，点击【Modify】，弹出变量窗口，选择“Time”，OK。

Curve选中“1”。

Axis选“y”，点击【Modify】，弹出变量窗口，选择4位轮对的横向位移，>>States. Joint. Position. ZG>>Wheelset4>>y，这时窗口画图区出现曲线1，OK。

Curve选中“2”。

Axis选“y”，点击【Modify】，弹出变量窗口，选择3位轮对的横向位移，>>States. Joint. Position. ZG>>Wheelset3>>y，这时窗口画图区出现曲线2，OK。

依次选中其它曲线。

点击【Description】，弹出窗口，输入图形题头。

图形结果可以输出成其它文件。

2D Plots绘图窗口>>File>>Convert>>Create BMP file，出现文件名窗口，给文件重新命名，OK。

2D Plots能够输出以下结果：
（1）States. Joint. Position. ZG：各刚体的位移；
（2）States. Joint. Velocity. ZGP：各刚体的速度。

23.2 General Plots
SIMPACK8.8版本中，将计算结果输出功能转移到General Plots模块。

主窗口>>PostProcess>> General Plots，出现绘图窗口。

绘图窗口分为三个区，左边为图形设置区域，中间为绘图区，右边为结果目录。

作图方法：在右边结果目录区域选中要作图的内容，拖动到中间绘图区即可。

脱轨系数等指标在Force output目录树下。

图形结果可以输出成其它文件。

绘图窗口>>File>>Expert，下图为输出图样。

24平稳性计算
模型文件名Ameto_19，直线+不平顺。

24.1创建车体上Mark点
地板面中心线：车体中心Carbody_Floor_C（0，0，-1.15），前转向架中心Carbody_Floor_F （7.85，0，-1.15），后向架中心Carbody_Floor_B（-7.85，0，-1.15）。

地板面中心线外1米处：前转向架Carbody_Floor_S1（7.85，1，-1.15），Carbody_Floor_S2（-7.85，-1，-1.15），前转向架Carbody_Floor_S3（7.85，1，-1.15），Carbody_Floor_S4（-7.85，-1，-1.15）。

24.2创建传感器
建模窗口>>Elements>>Sensors，出现传感器窗口。

创建传感器Carbody_Floor_C，出现传感器定义窗口，设置相关参数，如下图。

同理，可创建其它传感器。

24.3时间积分
设置轨道不平顺，设置积分参数，进行时域积分。

24.4 ISO2631平稳性指标
主窗口>>PostProcess>> General Plots，出现绘图窗口。

选择sensor acc目录下的Carbody_Floor_C的横向加速度（y），拖入绘图窗口。

在左边窗口中选中Curve 1，绘图窗口主菜单>>Format>>Add Filter，弹出滤波器窗口。

【Filter Type】选择085：Statistics: WZ value (Ride Index)
【Filter Parameter】设置见下图，OK，计算结果显示在绘图窗口。

24.4 Sperling平稳性指标
SIMPACK中没有Sperling平稳性指标的滤波器。

计算Sperling平稳性指标可通过以下两种方式实现。

数据输出的方法如下：
绘图窗口主菜单>>File>>ASCII Export，出现数据输出窗口，输入文件名，OK。

在SIMPACK内定义滤波器的方法如下。

主菜单>>PreProcess>>User Routines，出现用户自定义函数窗口。

【MBS-Library】中选择函数形式：2D Filters。

【External】选择语言：Fortran或C。

点击【New】，创建一个新函数，这时出现函数编辑窗口。

输入函数内容（尚未完成）。

然后点击【Compile】进行编辑，通过后点击【Build Shared User Routines】，将其加入到程序中。

进入General Plot窗口，在Filter Type中使用上述自定义的滤波器。

25根轨迹图
SIMPACK提供了系统的根轨迹图，由它可以得到系统的特征根随速度的变化趋势，判断系统失稳定的速度的振型。

完成根轨迹图的步骤如下：
（1）设置速度变量；
（2）进行特征根计算；
（3）根轨迹作图。

25.1设置速度变量
打开文件Ametro_18。

主菜单>>ParVariation>>Configure，出现变量参数设置窗口。

点击【Variation Case】，出现变量工况窗口，重新命名为Root_Loci。

在【p1 Inner Loop Parameter】框内，创建新的变量；v_pmh，这时出现变量定义窗口。

点击【Type】，选择>>Vehicle Globals>>04：v_vehicle。

填入变量的取值上、下限，OK，退回到上一级窗口。

在【p1 Number of Variation】框内填入变量循环次数。

点击【Save】，保存设置，Exit。

25.2进行特征根计算
主菜单>>ParVariation>>Perform Eigenfrequence>>Perform。

25.3根轨迹作图
主菜单>>PostProcess>> ParVariation Plot>>Eigenfrequence，根轨迹作图窗口出现。

设置作图参数，然后点击【Plot】，完成根轨迹图。

26临界速度的计算
SIMPACK提供了临界速度随等效斜率变化的计算方法，它是通过设置变量参数，进行特征根计算得到的。

26.1参数设置
打开文件Ametro_18。

主菜单>>ParVariation>>Configure，出现变量参数设置窗口。

点击【Variation Case】，出现变量工况窗口，新定义一个新任务Critical_Speed。

定义内层循环变量：运行速度。

定义外层循环变量：等效斜率。

在变量参数设置窗口，设置【Pre-Calc】。

在变量参数设置窗口，设置【Method】。

注意：【Linear Method】选择Enable。

26.2特征根计算
主菜单>>ParVariation>>Perform Critical Parameter>>Perform。

26.3临界速度图
主菜单>>PostProcess>> ParVariation Plot>>Critical Parameter，绘图窗口出现。

点击【Plot】，完成临界速度与等效斜率关系图。

附录1：LM踏面的数据文件Wheel profile
LM
136
-70 -6.8889 -69 -13.2591 -68 -15.9951 -67 -18.7087 -66 -19.6699 -65 -21.0663 -64 -22.278 -63 -23.3445 -62 -24.292 -61 -25.1061 -60 -25.7516 -59 -26.268 -58 -26.673 -57 -26.9783 -56 -27.1915 -55 -27.3176 -54 -27.3593 -53 -27.3176 -52 -27.1915 -51 -26.9782 -50 -26.673 -49 -26.2726 -48 -25.7999 -47 -25.2481 -46 -24.6081 -45 -23.8681 -44 -23.011 -43 -22.0122 -42 -20.8332 -41 -19.4075 -40 -17.6003 -39 -15.1068 -38 -12.3939 -37 -10.4215 -36 -8.9926
-35 -7.8678
-34 -6.9514
-33 -6.1935
-32 -5.5644
-31 -5.045
-30 -4.6222
-29 -4.2869
-28 -4.0035
-27 -3.7315
-26 -3.4705
-25 -3.2205
-24 -2.9815
-23 -2.7533
-22 -2.5358
-21 -2.329
-20 -2.1328
-19 -1.9472
-18 -1.7721
-17 -1.6074
-16 -1.4531
-15 -1.3091
-14 -1.1754
-13 -1.052
-12 -0.9388
-11 -0.8357
-10 -0.7428
-9 -0.6588
-8 -0.5775
-7 -0.4983
-6 -0.421
-5 -0.3458
-4 -0.2726
-3 -0.2015
-2 -0.1323
-1 -0.0651
0 0
1 0.0631
2 0.1242
3 0.1833
4 0.2404
5 0.2955
6 0.3486
7 0.3997
8 0.4487
9 0.4958
10 0.5408
11 0.5839
12 0.6249
13 0.6639
14 0.7009
15 0.736
16 0.769
17 0.8
18 0.829
19 0.856
20 0.8857
21 0.9062
22 0.9357
23 0.9698
24 1.0085
25 1.0517
26 1.0995
27 1.1518
28 1.2088
29 1.2702
30 1.3363
31 1.4069
32 1.4821
33 1.5619
34 1.6463
35 1.7353
36 1.8289
37 1.9271
38 2.0299
39 2.1373
40 2.2494
41 2.3661
42 2.4874
43 2.6122
44 2.7372
45 2.8622
46 2.9872
47 3.1122
48 3.2372
49 3.3622
50 3.4872
51 3.6122
52 3.7372
53 3.8622
54 3.9872
55 4.1122
56 4.2372
57 4.3622
58 4.4872
59 4.6122
60 4.7372
61 5.8311
62 6.9639
63 8.0966
64 9.2294
65 10.3622。