不同轨道随机激励下的车辆动力学性能仿真研究
高铁列车车辆动力学仿真与实验研究
高铁列车车辆动力学仿真与实验研究摘要：高铁列车作为现代交通工具，其运行速度快、安全性高，受到了越来越多的关注。
为了提高高铁列车的性能，需要对其车辆动力学进行研究。
本文通过对高铁列车车辆动力学的仿真与实验研究，探讨了高铁列车的运行原理、优化方法以及未来发展方向。
首先介绍了高铁列车的发展历史和现状，然后对高铁列车车辆动力学建模进行了深入分析，包括对高铁列车的动力学特性、运行原理和系统结构的描述。
接着，针对高铁列车的动力学仿真进行了详细研究，通过建立数学模型和进行仿真实验，验证了高铁列车在不同条件下的运行效果和性能。
最后，对高铁列车车辆动力学的实验研究进行了总结和展望，提出了未来研究的方向和重点。
关键词：高铁列车；车辆动力学；仿真；实验；优化一、引言高铁列车作为一种新型的交通方式，具有运行速度快、安全性高、能耗低等优点，受到了广泛的关注。
为了更好地发挥高铁列车的优势，提高其性能，需要对其车辆动力学进行深入研究。
车辆动力学是研究车辆运动规律和特性的学科，通过对车辆动力学的研究，可以有效提高车辆的控制性能和运行效率，保障行驶安全。
因此，对高铁列车车辆动力学进行仿真与实验研究具有重要的意义。
二、高铁列车的发展历史与现状高铁列车起源于20世纪60年代，经过几十年的发展，高铁列车已经成为了一种重要的交通方式。
目前，世界各国都在大力发展高铁列车技术，提高高铁列车的运行速度和安全性。
中国作为高铁列车技术的发展领头羊，目前已经建成了世界上最大规模的高铁网络，高铁列车运营里程和车速均处于世界领先水平。
高铁列车的发展主要经历了从初期的速度提升、技术革新到后期的系统优化、运行稳定的过程。
当前，高铁列车的技术水平已经非常成熟，但是仍然存在一些问题需要解决，如车辆动力学特性不够明晰、运行效率有待提高等。
三、高铁列车车辆动力学建模高铁列车的车辆动力学模型是研究高铁列车运动规律的基础，建立合理的模型可以帮助我们更好地理解高铁列车的运行原理和性能特点。
汽车车辆动力学建模与仿真研究
汽车车辆动力学建模与仿真研究汽车车辆动力学是汽车工程的重要学科之一，其研究内容包括车辆运动、悬挂、转向、制动、驱动等方面。
为了更好地理解汽车动力学，进行科学的研究与优化，需要对汽车车辆动力学进行建模与仿真。
一、汽车车辆动力学建模汽车车辆动力学建模是指将汽车运动过程中的各个因素用数学模型表示出来，以便在计算机上进行仿真和分析。
1. 车辆模型车辆模型是汽车车辆动力学建模的基础，主要分为自由度模型和多体模型两种。
自由度模型通常包括垂直运动、横向运动和纵向运动三个自由度，其建模基于牛顿第二定律，包括了车辆的悬挂系统、车轮力、刹车等因素。
多体模型是指以整个车辆为一个多体系统进行建模，除了考虑车辆受力、受扭等因素外，还需要考虑车辆的刚度、弹性等因素。
2. 动力系统模型动力系统模型指的是发动机、变速器、传动系等部分的建模，主要用于模拟车辆行驶过程中的速度、加速度和所需的扭矩等参数。
这些参数可以帮助分析车辆的加速和制动性能，以及制定优化策略。
3. 环境模型环境模型包括路面状态、气象条件等因素，通过对这些因素的建模，可以更好地帮助预测车辆的行驶状态和性能。
例如，模拟不同路面条件下车辆的制动距离、转向响应和行驶稳定性等。
二、汽车车辆动力学仿真汽车车辆动力学仿真是通过计算机程序对汽车运动过程进行模拟，以评估汽车的性能、预测其行为并进行优化设计。
1. 动力学仿真动力学仿真主要用于分析车辆加速、制动和转向等性能。
通过仿真可以模拟不同车速下车辆的加速和制动距离、不同路面条件下车辆的制动力和转向响应等因素，从而得出优化设计的方案。
2. 悬挂系统仿真悬挂系统的仿真主要用于分析车辆在不同路面条件下的行驶稳定性和舒适性。
通过对悬挂系统进行仿真，可以预测不同路面下车辆的摇摆情况、平顺性能以及行驶性能等参数，为改进车辆悬挂系统提供设计方案。
3. 转向仿真转向仿真主要用于分析车辆在快速转向和超车等情况下的转向响应和稳定性。
通过对车辆转向系统的建模和仿真，可以分析车辆的稳定性、刹车距离和抓地力等因素，为设计更有效的转向系统提供方案。
轨道车辆动力学仿真分析技术研究
轨道车辆动力学仿真分析技术研究一、引言轨道车辆是现代化交通运输系统的重要组成部分，其安全、可靠和舒适性是保障城市交通快速发展的关键。
为了提高轨道车辆的性能、降低能耗和延长使用寿命，轨道车辆动力学仿真分析技术已经成为轨道车辆研究领域的重要方法之一。
本文将对轨道车辆动力学仿真分析技术的研究现状和发展趋势进行探讨。
二、轨道车辆动力学仿真分析技术概述轨道车辆动力学仿真分析技术是指利用计算机技术，以数字化的方式模拟轨道车辆的运动规律和力学特性，从而评估轨道车辆的运行性能和系统安全，设计优化轨道车辆的结构和控制系统，提高轨道车辆的经济性和环保性。
轨道车辆动力学仿真分析技术主要包括以下方面：1.建立轨道车辆的运动学和动力学模型，分析车辆的行驶、曲线通过、追踪行车、制动和加速等过程，评估车辆的动态特性。
2.建立轨道车辆的结构模型，分析车体、车架、悬挂、车轮等零部件的受力情况和变形情况，评估车辆的静态和动态刚度。
3.建立轨道车辆的控制系统模型，分析车辆的车速、加速度、制动力和牵引力等控制量的变化过程，评估车辆的控制性能。
4.进行轨道车辆的系统仿真，模拟真实的运行场景，评估车辆的安全性和运行稳定性。
轨道车辆动力学仿真分析技术主要有两种实现方式：一种是基于多体动力学理论的仿真分析，另一种是基于有限元方法的结构分析。
三、轨道车辆动力学仿真分析技术的应用轨道车辆动力学仿真分析技术在轨道交通领域的应用已经十分广泛，其中主要包括以下几个方面：1.轨道车辆的设计和改进利用仿真技术可以对轨道车辆的结构、悬挂系统、制动系统、牵引系统等进行设计和改进，优化车辆的性能和经济性。
2.轨道车辆的运行控制利用仿真技术可以对轨道车辆的运行控制系统进行仿真分析，评估控制系统的性能和稳定性，调整控制参数，提高车辆的运行安全性和稳定性。
3.轨道车辆的事故分析利用仿真技术可以对轨道车辆的事故过程进行模拟分析，评估事故原因和后果，制定相应的应急措施和预防措施，提高轨道车辆的安全性和可靠性。
基于随机激扰的某轨道车辆电机控制仿真研究
环及 速度 环 Ｐ Ｉ 控制 器 进 行 设 计 ， 最 后 对 设 计 的 控 制器 在速度及 载 荷变 化 时进 行 调 速控 制 的仿真 ．
２ 永磁 同步 电 机 矢量 控 制原 理
矢量控 制作 为 高性 能 的交 流 电动机 控制方式 ， 基 于交 流动 电机 动态 数 学 模 型 ， 进 行 三 相／ ２相坐 标 变换 ， 把 三相 正交 的交 流量 变换 为两相 正交 的交 流量 ， 然后通 过 旋转 变 换 ， 把 两相 正 交 的 交流 状 大小 以及 配重 分布合 理 的情况 ．
车体为车载设备承载结构 ， 副构架起到轴箱作 用 的 同时还作 为相 关部 件 的安装 支承 部件 ， 其 主要
功能： （ １ ） 为 电机 、 差 速 器 提 供 承 载平 台 ； （ ２ ） 为 电 磁制 动及定 位传 感 器提供 支 承平 台 ． 走行 系统 主要 提供 牵 引动力 、 悬挂 系统 等 ． 车辆 的特点 是 自重及 载 重均不 大 ， 同时 只有 一
就非 常重要 ．
永 磁 同步 电动 机结 构 简 单 ， 损耗 减 小 ， 很 好 的
响应 了节能环 保 的理念 ， 是 个环 保低 碳 电机在 数控
技术， 机 器人技 术 等 小 功 率 领 域 ， 永 磁 电机 已获得 了广 泛 的应用 ． 此外 ， 永 磁 同步 电机 的 特 点决 定 了 它 能够在 比较 恶 略 的工 作 环 境 下 运 行 ， 因此 ， 在 煤 矿、 石油 、 大型 工程 机 械 等 重 要 的 行业 中也 受 到 了 越来 越多 的关 注¨ Ｊ ．
路面随机激励下的汽车振动仿真
编号毕业设计（论文）题目路面随机激励下的汽车振动仿真目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)1 绪论 (1)1.1 振动的危害 (1)1.2 振动研究的问题 (1)1.3 研究机械振动的基本方法 (2)1.4 汽车振动问题 (3)1.5 振动分析有限单元方法 (3)1.6 Simulink简介 (4)2 路面随机激励模型 (5)2.1 基本概念 (5)2.2 路面随机激励时域模型 (5)2.3 白噪声法建立路面数学模型 (5)2.4 用matlab/simulink进行仿真 (7)3 建立整车4自由度模型 (9)3.1 汽车振动模型 (9)3.2 系统运动微分方程的建立 (11)4建立matlab/simulink仿真模型 (13)4.1 建立动态系统模型的要素 (13)4.2 动态系统建模概述 (13)4.3 建立汽车振动系统仿真模型 (14)5振动仿真分析 (15)5.1 simulink动态系统仿真过程 (15)5.2 选取汽车模型参数 (16)5.3 仿真分析 (16)5.4 研究悬架刚度的影响 (19)6结论 (25)致谢 (26)参考文献 (26)摘要当今社会，汽车在人们的日常生活中占据着越来越重要的作用，人们对于汽车也提出了越来越高的要求。
进入新世纪以来，汽车技术取得了巨大的发展，汽车各方面的性能也取得了巨大的进步。
人们对于汽车的研究越来越全面，对于汽车振动的研究已经成为了汽车研究中重要的课题之一。
然而，由于汽车是一个包含惯性、弹性、阻尼等动力学特征的非线性系统，零件多，受力复杂，而且构成汽车的各子系统之间存在相互耦合作用，使得汽车的动态特性非常复杂。
要想真实描绘汽车的动态特性，必须考虑尽可能多的零件运动来获得精确的数学模型，而太复杂的模型又给求解带来了巨大的困难，甚至得不到结果。
因此，本文以整车4自由度为对象，通过仿真技术的运用，来研究在路面随机激励下汽车的振动特性，研究结果可以对汽车平顺性研究提供参考。
轨道高低不平顺激励下的车体振动仿真
ｂ ｄ ｉ ｒ ｔ ｎ ｗ ｓ ｅ ｔ ｂ ｉｈ ｄ ｔ ｎ ｒ ｄ ｃ ｔ ｅ ｄ ｆ ｒ ｎ ｉｌ ｅ ｕ ｔ ｎ ． Ｔ ｅ ｔ ｃ ｏ ｒ ｓ ｅ ｔ ｍ ｎ ｏ ｙ ｖｂ ａｉ ａ ｓ ｌ ｅ ｏ ｉ ｔ ｕ ｅ ｍｏｉ ｉ ｅ ｅ ｔ ｑ ａ ｉ ｓ ｏ ａ ｓ ｏ ｖ ｆ ａ ｏ ｈ ｒ ｋ ｐ ｗｅ ｐ ｃｒ ａ ｕ ｉ
Ｓ ｍ ｕ ａ ｉ ｎ ｏ ｅ ｉ ｌ ｉ ａ ｉ ｎ ｗｉｈ ｅ ｃ ｔ ｔｏ ｆ ｒ ｉ ｉ ｌ ｔｏ ｆ ｖ ｈ ｃ ｅ ｖ ｂｒ ｔｏ ｔ ｘ ｉａ ｉ ｎ ｏ ａ ｌ ｈ ｉ ｈ ｒ ｅ ｕ ａ ｉｙ ｅ ｇ ｔ ｉｒ ｇ ｌ ｒｔ
Ｚ ｏＹ ｎａ Ｃ ａ ｇ Ｑｎ ｂ Ｇｎ ｅｇ Ｙ ｎ ｉ ｕ ａ ｙ ｎ， ｈ ｎ ｉ ｉ ． ｇＦ ｎ ， Ｑ ｇＪ ｎ ｇ ｎ， ｅ ａ
ｄｉ １ ．９ ９ ｊ ｉ ｎ １７ ７ ７ ．０ １０ ．０ ｏ： ０ ３ ６ ／ ． ｓ ．６ １— ７ ５ ２ １ ． ６ ０ ６ ｓ
轨 道 高低 不 平 顺 激 励 下 的车 体 振 动仿 真
左 言言 ，常庆斌 ， 耿 烽， 杨 建
（ 江苏大学 振动噪声研究所 ，江苏 Байду номын сангаас江 ２ ２ １ １０３）
ｔ ｓａ ａｙ ｅ ｎ￣ｅ ｕ ｎ ｙ ｄ ｍａｎ ｙ ｗａ ｎ ｌｚ ｄ ｉ ｑ ｅ ｃ ｏ ｉ ．Ｒｅｅ ｅ ｈ ｎ ｓ ｔｎ ａ ｄ ｏ ａｎ ｓ ｂ ｌ ｙ，ｔｅ ｐ ｒ ｒ ｎ ｅ ｇ ａ ｅ ｆ ｒ ｄ Ｃ ｉ ｅ ｅ ｓ ｄ ｒ ｆ ｒ ｉ ｔ ｉ ｔ ｈ ｅ ｏ ｍａ ｃ ｒ ｄ ａ ｔ ａ ｉ ｆ
轨道车辆动力学性能仿真用轨道谱的研究
轨道车辆动力学性能仿真用轨道谱的研究耿跃;胡用生【摘要】利用国内外实测轨道不平顺归纳出的轨道谱公式进行数值反演,重新得到的时域历程是开展车辆动力学性能研究,进行轨道车辆动态仿真、实车激振试验的重要输入.分析了几种反演的轨道不平顺信号,发现某些时域信号存在着明显的周期性和空白频段现象.采用基于功率谱的白噪声窗口式滤波法生成的轨道不平顺较好地避免了以上问题,生成的轨道不平顺时域信号用于轨道车辆运行时的动力学性能仿真,结果与试验数据有较好的一致,表明该反演方法得到的轨道不平顺在动力学仿真计算中具有较好的适用性.【期刊名称】《城市轨道交通研究》【年(卷),期】2010(013)007【总页数】4页(P20-23)【关键词】轨道不平顺;功率谱密度;数值反演;车辆动力学;动态数值仿真【作者】耿跃;胡用生【作者单位】同济大学汽车学院,201804,上海;同济大学铁道与城市轨道交通研究院,201804,上海【正文语种】中文【中图分类】U270.1+11 轨道谱概述轨道不平顺空间域或时域信号用作车辆动态仿真和激振试验的输入,是进行数值仿真和台架试验研究的重要基础。
目前,国内外普遍采用的轨道不平顺空间域及时域信号,通常由大量实测线路不平顺经快速傅里叶变换(FFT)统计归纳形成的轨道谱密度公式再通过数值反演得到。
美、英、德等国多年前就先后对轨道不平顺进行了大量的测量和研究,并提出了各国标准的谱密度函数公式。
美国轨道不平顺功率谱公式为:垂直不平顺式中:Sv(Ω)——垂向功率谱密度;Sa(Ω)——方向功率谱密度;Sc(Ω)——水平功率谱密度;Av、Aa——粗糙度常数;Ωc、Ωs——截断频率 ;Ω——空间频率;K——常数,取值范围为 0.25～1,计算车辆响应时,一般取0.25。
国内有关部门曾对我国某些路段的轨道不平顺进行过测量和分析,得到谱密度函数公式,但目前还未形成统一的表达式。
铁道科学研究院的不平顺功率谱表达式为:式中:f——空间频率;A,B,C,D,E,F,G——拟合常数。
车辆动力学仿真与优化研究
车辆动力学仿真与优化研究车辆动力学仿真与优化研究是汽车工程领域的一个重要主题。
随着现代汽车的发展，对车辆性能和安全性的要求越来越高，传统的试验方法和经验设计已经不能满足工程师们的需求。
而车辆动力学仿真与优化研究则能够在设计阶段就预测和优化车辆的性能，提高产品质量和竞争力。
首先，车辆动力学仿真是通过数学模型和计算机仿真技术来模拟和预测车辆在不同工况下的行驶特性。
通过建立车辆的动力学模型，可以对车辆的加速、制动、转向和悬挂等行驶过程进行仿真计算。
借助仿真技术，工程师们可以快速评估和比较不同的设计方案，及时发现和解决问题，提高产品设计效率和正确性。
同时，通过仿真还能够分析和优化车辆的燃料消耗、排放和能耗等性能指标，为环境保护和可持续发展做出贡献。
其次，车辆动力学仿真与优化研究还可以用于车辆动态性能和安全性的提升。
例如，在设计高性能车辆时，仿真可以帮助工程师们优化车辆的悬挂系统、操控系统和动力系统等，提高车辆的稳定性和操控性能。
另外，通过仿真还可以评估和改进车辆的制动系统、轮胎和防抱死系统等，提高车辆的制动性能和安全性能。
这对于提升车辆性能和行驶安全具有重要意义，特别是对于高速行驶和紧急制动情况下的车辆控制。
此外，车辆动力学仿真与优化研究也可以用于新能源车辆的设计和优化。
随着环境污染和能源紧缺问题的日益突出，新能源车辆已经成为汽车工程的重要发展方向。
而通过仿真和优化技术，可以帮助工程师们优化新能源车辆的能量管理系统、电动机控制策略和电池系统等，提高整车的能源利用效率和续航里程。
同样，通过仿真技术还可以评估和优化新能源车辆的充电基础设施和能源供应链，为新能源汽车的普及和推广提供科学依据。
最后，车辆动力学仿真与优化研究也面临一些挑战和难题。
在建立车辆动力学模型时，需要准确表达车辆的动态响应和非线性特性，需要考虑到车辆各个子系统之间的相互耦合效应。
在仿真计算过程中，需要选择适当的数值计算方法和仿真算法，保证计算结果的准确性和可靠性。
高铁列车车辆动力学性能仿真与优化研究
高铁列车车辆动力学性能仿真与优化研究摘要：高铁列车作为现代化交通工具，在我国已经得到广泛应用。
本文通过对高铁列车车辆动力学性能的仿真研究，分析了影响高铁列车运行稳定性和安全性的关键因素，并提出了相应的优化方案。
通过对高铁列车的动力学性能进行深入研究和仿真，可以为高铁列车的设计和运营提供重要参考和指导，有助于提高高铁列车的运行效率和安全性。
关键词：高铁列车；车辆动力学性能；仿真；优化一、引言高铁列车作为一种快速、高效的交通工具，带动了我国铁路交通的发展。
随着高铁列车的不断发展和完善，对其运行稳定性和安全性的要求也越来越高。
车辆动力学性能是影响高铁列车运行稳定性的重要因素之一，因此对其进行深入研究和优化具有重要意义。
二、高铁列车车辆动力学性能分析1. 高铁列车的车辆动力学性能指标高铁列车的车辆动力学性能包括了加速度、制动距离、曲线通过性等指标。
这些指标直接影响着高铁列车的运行速度、安全性和舒适性。
2. 影响高铁列车车辆动力学性能的因素影响高铁列车车辆动力学性能的因素主要包括列车的质量、轨道条件、动力系统等。
这些因素相互影响，共同决定了高铁列车的运行状态。
3. 高铁列车车辆动力学性能的仿真模型通过建立高铁列车的车辆动力学性能仿真模型，可以准确地模拟列车在不同情况下的运行状态，并对列车的运行性能进行评估和优化。
三、高铁列车车辆动力学性能仿真技术1. 基于有限元方法的仿真技术有限元方法是一种常用的仿真技术，可以有效地对车辆的结构和动力学性能进行分析。
通过建立高铁列车的有限元模型，可以模拟列车在不同运行条件下的动力学行为。
2. 基于多体动力学的仿真技术多体动力学是一种适用于车辆动力学研究的数值仿真方法，可以模拟列车在不同轨道情况下的运行状态。
通过建立高铁列车的多体动力学模型，可以评估列车的运行稳定性和安全性。
3. 仿真优化算法仿真优化算法是一种用于求解复杂优化问题的技术手段，可以通过不断迭代寻找最优解。
通过将仿真优化算法应用于高铁列车车辆动力学性能的优化中，可以提高列车的运行效率和安全性。
高速交响铁路线路与车辆的动力学模拟研究
高速交响铁路线路与车辆的动力学模拟研究随着社会的发展和人们生活水平的提高，高速交响铁路作为一种高效、快速的交通工具，正逐渐成为人们出行的首选。
为了确保高速交响铁路线路和车辆的安全运行，以及提高列车的运行效率和乘客的乘坐舒适度，进行动力学模拟研究就显得尤为重要。
动力学模拟是利用计算机技术对高速交响铁路线路和车辆的运行情况进行仿真模拟，通过数值计算的方法，模拟出列车在不同速度下行驶时的各项参数，包括轨道应力、车辆振动、动力系统稳定性等。
基于精确的模拟结果，我们可以深入了解高速交响铁路线路和车辆的性能特点，为设计优化和维护管理提供科学依据。
首先，动力学模拟可以帮助我们评估高速交响铁路线路的安全性和稳定性。
通过模拟列车在不同速度下通过各类轨道曲线、坡道和道岔时的运行情况，我们可以准确预测列车的运行状态，及时发现引起事故的潜在风险，并采取相应的措施进行修复或改进。
同时，模拟结果还能为线路维护提供参考，如何降低轨道应力、减少疲劳损伤等问题，都可以在模拟软件中得到解决。
其次，动力学模拟还可以帮助我们优化高速交响铁路车辆的设计和运行参数。
通过模拟列车在不同速度下行驶时的车辆振动、加速度和牵引力等参数，我们可以评估车辆的舒适性和牵引性能，并对车辆的结构和动力系统进行改进。
模拟结果还能为车辆测试和调试提供指导，优化设计方案，提高运行效率。
此外，动力学模拟还可以为高速交响铁路系统的优化提供支持。
通过模拟列车在不同运行条件下的动力系统参数，如电力分配、牵引控制和车辆自动化等，我们可以评估系统的能效和稳定性，并提出相应的改进方案。
模拟结果还能为线路规划和运行图优化提供参考，实现列车高效运行和运输能力的最大化。
在进行高速交响铁路线路与车辆的动力学模拟研究时，需要考虑几个关键因素。
首先是准确建立高精度的数学模型，包括轨道、车辆、动力系统等各个部分，以保证模拟结果的真实性和可靠性。
其次是选择合适的模拟软件和计算方法，如有限元分析、多体动力学模拟等，以满足模拟的精度与效率要求。
高速列车车辆动力学建模与仿真
高速列车车辆动力学建模与仿真在当今交通运输技术的领域中，高速列车已经成为了人们出行的重要方式之一。
在高速列车的运行过程中，要充分考虑车辆的动力学特性，以提高列车的运行效率和安全性。
因此，在高速列车的研发过程中，车辆动力学建模与仿真技术变得越来越重要。
一、高速列车车辆动力学的研究意义车辆动力学主要研究的是车辆在运行过程中的力学特性，包括车辆的运动状态、运动规律以及受力情况等。
在高速列车的运行中，对于车辆动力学的研究意义非常重要。
首先，高速列车的运行速度非常高，这就决定了其对于车辆动力学特性有着更高的要求。
高速列车的运行速度在每小时300公里以上，对于车辆的平稳性、稳定性、操控性等都有着非常高的要求。
其次，高速列车的安全性也是车辆动力学研究的重点之一。
为了确保高速列车的安全运行，需要对车辆的运行特性进行全面、深入的研究和探究。
只有深入理解车辆的动力学特性并进行仿真分析，才能评估车辆在各种情况下的安全性能。
最后，高速列车的效率和性能也是车辆动力学研究的重要内容之一。
高速列车的运行速度越快，其运行效率也越高，因此，在研发过程中需要综合考虑各种因素，以确保车辆的最佳性能表现。
二、高速列车的车辆动力学建模车辆动力学建模主要是将车辆的运动状态、运动规律以及受力情况等信息进行建模和分析，通过计算机模拟和仿真技术，进一步评估车辆在各种情况下的运行性能和安全性。
车辆动力学建模要考虑到车辆的不同运行状态和环境因素对车辆动力学特性的影响。
例如车辆的空气阻力、轮胎和轨道的磨损、风力、气温等因素，都会对车辆的动力学性能造成一定影响。
三、高速列车的车辆动力学仿真车辆动力学仿真是在车辆动力学建模的基础上，采用计算机仿真技术对车辆在各种情况下的运行性能进行模拟，进一步评估车辆的运行安全、效率和性能。
通过车辆动力学仿真，可以对高速列车的运行条件进行深入分析。
对于车辆的运行特性、安全性能和效率等都可以进行全面评估，并进一步探究如何提高车辆的性能和安全性。
高铁列车的车辆动力学仿真研究
高铁列车的车辆动力学仿真研究摘要：本文针对高速铁路运行过程中的车辆动力学问题展开了研究，通过建立高铁列车的动力学仿真模型，对不同条件下列车的运行状态进行了分析与评估。
研究结果表明，动力学仿真能够有效地模拟高铁列车在不同情况下的运行特性，为高速铁路运行安全性提供了重要的参考依据。
关键词：高铁列车；车辆动力学；仿真研究一、引言高速铁路作为一种重要的交通运输方式，在我国得到了迅猛的发展。
随着高铁网的不断完善和技术的不断进步，高铁列车在我国的运行越来越安全、稳定和高效。
在高速铁路运行过程中，车辆动力学是一个重要的研究领域，它涉及到高铁列车的运行状态、稳定性、安全性等方面。
因此，对高铁列车的车辆动力学进行仿真研究具有重要意义。
二、车辆动力学仿真模型的建立1. 高铁列车的基本参数高铁列车是一种高速运行的铁路列车，通常采用电力传动。
其基本参数包括列车的长度、轨距、轮径、轴数、动车组编组方式、最大速度等。
这些参数对于高铁列车的动力学性能具有重要的影响。
2. 高铁列车的动力学方程高铁列车的运行过程可以用一系列动力学方程描述，包括牵引力方程、阻力方程、加速度方程等。
通过这些方程，可以对高铁列车在不同条件下的运行状态进行分析。
3. 车辆动力学仿真模型的建立基于高铁列车的基本参数和动力学方程，可以建立车辆动力学仿真模型。
该模型可以模拟高铁列车在不同情况下的运行特性，包括起步加速、惯性阻力、制动过程等。
三、高铁列车不同条件下的动力学仿真分析1. 高铁列车在不同速度下的动力学仿真通过对高铁列车在不同速度下的动力学仿真分析，可以了解列车的加速度、牵引力、阻力等参数随着速度的变化情况。
这有助于评估高铁列车在不同速度下的运行性能。
2. 高铁列车在不同道路条件下的动力学仿真道路条件对高铁列车的运行有着重要的影响，包括道路的坡度、曲线半径、轨道状态等。
通过对高铁列车在不同道路条件下的动力学仿真分析，可以评估列车在不同道路条件下的稳定性和安全性。
高速列车车辆与轨道动力学特性仿真分析
高速列车车辆与轨道动力学特性仿真分析一、前言随着高速铁路的建设，我国高速列车的发展已经成为一个全球关注的热点。
快速、稳定和安全的运行是高速列车的基本要求。
随着高速列车的不断升级和改进，高速列车车辆与轨道动力学特性仿真分析也变得越来越重要。
本文将针对高速列车车辆与轨道的运动特性进行分析和探讨，为高速列车的设计和运行提供参考。
二、车辆与轨道动力学车辆与轨道动力学是指车辆和轨道之间的相互作用。
这是一个非常复杂的问题，要理解车辆和轨道之间的相互作用并不容易。
因此，需要进行车辆与轨道的动力学仿真分析。
2.1车辆动力学车辆动力学是指车辆在不同运动状态下的运动规律。
车辆动力学研究的主要内容包括：车辆加速度、速度、位移、轨道横向力、车辆向心力以及列车所受外力等。
2.2轨道动力学轨道动力学是指轨道的动力学特性。
轨道动力学研究的主要内容包括：轨道的几何形状、弯曲半径、轨道的铺设方式、轨道截面以及轨道的轨道质量等。
三、车辆运动仿真模型车辆运动仿真模型是将车辆和轨道的运动规律以数学模型的方式进行描述的过程。
建立车辆仿真模型通常包括以下几个步骤：3.1 选择车辆类型并获取相关参数在建立车辆模型之前，需要确定要模拟的车辆类型，并确定车辆的性能参数，例如：车辆重量、重心高度、轮轴参数、车辆结构参数以及制动方式等。
3.2建立车辆运动模型车辆运动模型通常是基于牛顿第二定律来建立的。
通常包括车体动力学方程、制动方程、轮轴运动方程、轮轨作用方程以及车辆和轨道的相互作用方程。
3.3建立轨道模型在轨道方面，需要建立其几何形状的数学模型。
轨道建模的重点在于确定其几何形状、轨道质量以及铺设方式等参数。
3.4建立粘着力模型为了描述车辆和轨道之间的接触力，需要建立一个粘着力模型。
粘着力模型通常是通过测量实际车辆与轨道之间的接触力来建立的。
四、仿真分析结果通过车辆运动仿真模型，可以得到车辆的各种动力学参数，例如：加速度、速度、位移以及轨道横向力等。
高速列车车辆动力学仿真与优化设计
高速列车车辆动力学仿真与优化设计随着科技的不断发展，高速列车在现代交通运输系统中扮演着重要的角色。
为了确保高速列车的安全性、运行效率和乘客舒适度，车辆动力学仿真与优化设计变得至关重要。
本文将讨论高速列车车辆动力学仿真与优化设计的关键因素，并提供相应的解决方案。
首先，高速列车车辆动力学仿真的目的是模拟列车在各种条件下的行为，包括加速度、制动力、车辆稳定性等。
这可以通过建立数学模型和使用仿真软件来实现。
仿真模型需要考虑列车的主要组成部分，例如车体、轮对、悬挂系统和牵引系统等。
通过仿真模型，可以研究列车在不同速度、加速度和道路条件下的行为，以及车辆与轨道之间的相互作用。
优化设计是在仿真的基础上进行的。
通过对仿真结果的分析和评估，我们可以确定列车设计的优点和缺点，并提出改进的建议。
优化设计的目标是寻找最佳的设计参数，以提高列车的性能和效率，同时降低能耗和运营成本。
例如，通过优化车辆的轮对材料和减震系统，可以减少列车在高速运行中的振动和噪音，提高乘客的舒适度。
在高速列车车辆动力学仿真与优化设计中，必须考虑多个因素。
第一个因素是列车的安全性。
仿真模型应该能够模拟列车在紧急情况下的制动和操控能力，以确保列车可以及时停在规定的地点。
第二个因素是列车的稳定性。
仿真模型应该能够模拟列车在高速行驶过程中的稳定性，以防止因为轮对脱轨或车体不稳而引发事故。
第三个因素是列车的能效。
通过优化设计，可以降低列车的运营成本和能耗，提高列车的使用效率。
为了实现高速列车车辆动力学仿真与优化设计，需要使用专业的仿真软件和工具。
例如，SIMPACK、ADAMS和LMS b等软件可以模拟列车在不同条件下的行为。
这些软件提供了丰富的功能，可以对列车进行各种类型的仿真，包括动力学仿真、碰撞仿真和振动分析等。
此外，还可以使用计算流体力学（CFD）技术对列车的空气动力学进行仿真和优化。
除了仿真软件，高速列车车辆动力学仿真与优化设计还需要准确的输入数据和合理的模型。
铁路车辆动力学行为的仿真研究
铁路车辆动力学行为的仿真研究近年来，铁路车辆动力学行为的仿真研究在交通运输领域中得到了广泛的应用。
通过对车辆动力学行为的仿真研究，交通领域的工程师们可以更好的了解铁路车辆的动力行为，准确预测和评估各种性能指标，并且能够提出更加准确和有效的设计方案。
在仿真研究中，车辆动力学行为的建模是关键所在。
不同的车辆动力学行为模型在仿真研究中发挥着不同的作用。
传统的车辆动力学模型通常采用基于数据拟合的方法，并且以最小二乘法为基础，但是这种方法可能不适合复杂的车辆动力学系统。
因此，近年来越来越多的研究者开始采用基于先进的数学理论的车辆动力学模型进行仿真研究。
车辆动力学行为的仿真研究涉及到多个方面，其中车辆动力是其中一个核心问题。
车辆动力是指驱动轮输出的扭矩和转速，在车辆行驶中对车辆的加速度和速度等性能指标产生重要影响。
为了更准确地模拟车辆动力行为，仿真研究中需要考虑轮胎与轮辋之间的接触力和力矩，以及驱动系统的工作特性等因素。
除了车辆动力学方面的问题，车辆运动的控制也是一个关键问题。
车辆的控制可以通过很多方式实现，例如通过制动系统、转向系统、悬挂系统和车身控制系统。
在仿真研究中，这些扮演着车辆控制角色的系统也需要进行模型建立和仿真研究，以保证整个仿真系统的准确性和可靠性。
另一个重要的问题是铁路车辆的动力学相互耦合作用。
车辆不仅仅是由车长、车重、车速等因素构成的单一体，还存在着车辆间的相互作用。
例如，当车辆在轨道上行驶时，车辆对轨道的压力会造成轨道位移，这种相互作用会进一步影响车辆运动的行为。
因此，在车辆动力学行为的仿真研究中，相互耦合作用也是不可忽视的因素之一。
总结而言，铁路车辆动力学行为的仿真研究是复杂而重要的领域。
在这个领域中，研究者需要考虑多个方面，例如车辆动力、车辆运动控制、车辆间的相互作用等，同时还需要选择正确的建模和仿真方法，以保证研究的准确和有效。
虽然车辆动力学行为的仿真研究仍面临着很多挑战，但是我们相信，在更多的研究者的努力下，这个领域会有更多的创新，为交通运输领域的发展和进步做出更大的贡献。
轨道高低不平顺激励下的车体振动仿真
轨道高低不平顺激励下的车体振动仿真左言言;常庆斌;耿烽;杨建【摘要】The influence of track irregularity on vehicle body vibration was investigated to evaluate the vibration situation of vehicle body and analyze the stability level. A mechanical model for vertical vehicle body vibration was established to introduce motive differential equations. The track power spectrum in vertical space domain was transferred into the spectrum in time-frequency domain to establish 3D model of vehicle body by Pro/E software and wheel-rail model by SIMPACK. The train simulation model was also introduced by SIMPACK. The vertical vibration response of the vehicle body was calcuated with height irregularity as excitation function. Based on the vehicle response, the stability level of travelling vehicle was evaluated in time domain, and the composition of vehicle vibration acceleration power spectral density was analyzed in frequency domain. Referred Chinese standard of train stability, the performance grade of train stability and vibration were proposed.%为了得到轨道高低不平顺激励下的车体振动响应,并对车体振动情况做出评价,进而分析车辆的乘坐平稳性等级,首先建立了车体的垂向振动力学模型并列出运动微分方程,然后对轨道垂向不平顺进行了描述,并将轨道不平顺的垂向空间域功率谱转换为时频域功率谱,计算出轨道不平顺的位移时间序列,再利用Pro/E软件建立了车厢的三维模型,用动力学仿真软件SIMPACK建立轮轨模型与列车仿真模型.将垂向不平顺作为激扰函数,输入到轨道车体振动系统仿真模型中,通过计算得出车体在轨道高低不平顺激励下的垂向振动响应.根据时域响应对车辆的运行平稳性等级进行了评价,在频域分析了车辆的垂向振动加速度功率谱密度,参照我国列车平稳性指标,给出了车体的平稳性和振动性等级.【期刊名称】《江苏大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(032)006【总页数】5页(P647-651)【关键词】车体;高低不平顺;轮轨;仿真;SIMPACK【作者】左言言;常庆斌;耿烽;杨建【作者单位】江苏大学振动噪声研究所,江苏镇江212013;江苏大学振动噪声研究所,江苏镇江212013;江苏大学振动噪声研究所,江苏镇江212013;江苏大学振动噪声研究所,江苏镇江212013【正文语种】中文【中图分类】U211.3;U271.1随着铁路列车提速及高速铁路的迅速发展，轨道车辆行车安全性与乘车舒适性问题日益突出，轨道不平顺是引起车路系统各种动态响应的主要原因，是车辆-轨道振动系统的激扰来源，它直接影响轮/轨相互作用及列车运行的安全性和平稳舒适性［1］.笔者对轨道高低不平顺下车体垂向振动响应进行研究.为了使研究的结果能从本质上反映出轨道不平顺和运行速度对系统的影响，首先建立轨道车辆振动系统的力学模型和数学模型，将轨道不平顺垂向空间谱转换为时频域谱，并计算出其时域位移序列;然后以此作为激扰函数输入到建立的轮轨车体振动模型中，得到车体的垂向时域和频域响应，作为对地铁的运行平稳性和振动特性的分析依据.1 车辆－轨道垂向振动模型1.1 力学模型在该模型中，将车辆简化为车体、构架、轮对组成的多刚体系统，彼此间通过两系弹簧、阻尼元件连接;将钢轨视为刚性;轨道看作是无穷周期结构［2-3］.将车辆系统与轨道系统作为一个总体大系统，建立的车辆轨道垂向振动模型，如图1所示.图1 车辆轨道垂向振动模型Fig.1 Vertical vibration model of vehicle-track图中mc，mt，和mw分别为车体质量、侧架质量和轮对质量;Icy，Ity分别为车体点头运动惯量和侧架点头运动惯量;E为钢轨弹性模量;Ktz，Kpz分别为二系悬挂一侧垂向刚度和一系悬挂一侧垂向刚度;Ctz，Cpz分别为二系悬挂一侧垂向阻尼和一系悬挂一侧垂向阻尼;Zi(t)为系统部件垂向位移变量;βi(t)为系统部件点头角位移;Z0i(t)为轨道不平顺位移.1.2 数学模型在建立系统运动微分方程时仅考虑车体、前后转向架的点头和沉浮运动，轮对仅考虑它的沉浮运动，建立的运动微分方程［4］.车体沉浮运动方程:车体点头运动方程:式中:lc为车辆定距的1/2.前转向架构架沉浮运动方程:前转向架构架点头运动方程:式中:lt为转向架固定轴距的1/2.后转向架构架沉浮运动方程:后转向架构架点头运动方程:第1轮对沉浮运动方程:第2轮对沉浮运动方程:第3轮对沉浮运动方程:第4轮对沉浮运动方程:式中:F1(t)，F2(t)，F3(t)，F4(t)为单侧车轮的轮轨垂向作用力.2 轨道垂向不平顺的描述轨道不平顺具有随机性［5-6］，获得轨道不平顺信息的主要途径是对线路的实时测量.实测得到的样本是复杂的随机波，因而只能用一些统计特性从时域、频域、幅值域几个方面对轨道不平顺作全面的描述.由于功率谱密度函数具有直观性，且与其他一些统计量存在变换关系，从而成为描述轨道不平顺特征的主要统计特性.2.1 美国空间域轨道谱美国、英国以及德国等先后对轨道不平顺进行了测量和研究，并建立了统一标准的谱密度函数［7］.国内有关部门也对某些个别线路段的轨道不平顺进行了测量和分析，但目前还未建立起统一标准的谱密度函数的表达式.初步研究表明:国内铁路轨道不平顺状况与美国的基本相同.文中借用美国轨道垂向功率谱.美国联邦铁路管理局FRA根据大量实测资料得到线路不平顺功率谱密度，拟合成一个以截断频率和粗糙度常数表示的偶次函数.其波长范围可达1.524～304.800 m，轨道级别分为6个等级，1级最差，6级最好.轨道高低不平顺空间功率谱［4］(见表1)为式中:Sv(Ω)为空间功率谱密度;Ω为空间频率;Av为粗糙度常数;Ωc为空间截断频率;K为系数，一般取0.25.表1 美国轨道谱典型轨道几何不平顺的参数Tab.1 Geometry irregularity parameters of U.S.typical track各级轨道参数Av/(cm2·(rad·m-1))Ωc/(rad·m-1)6 0.033 9 0.824 5 5 0.209 5 0.824 5 4 0.537 6 0.824 5 3 0.681 6 0.824 5 21.018 1 0.824 5 1.210 7 0.824 5 12.2 时频域功率谱为了使研究的结果能从本质上反映出轨道不平顺和运行速度对系统的影响，常把轨道功率谱从空间频率域转换到时间频率域.由于2种谱密度在对应谱带宽度内的均方值相等，故有式中:S(ω)为时频域垂向不平顺功率谱密度.当车辆以速度v通过空间频率为Ω的一个波时，将产生频率为ω的一次激励，即ω=vΩ，可得式中:ωc为时频域截断频率.3 轨道高低不平顺的时域描述对时频域功率谱进行傅里叶逆变换可以得到信号的时间历程.为得到轨道不平顺的时域描述，也可对轨道不平顺功率谱进行傅里叶逆变换，而实际应用时，采用的是离散的傅里叶逆变换.时域信号的离散频谱可写为［8］式中:;N为总的采样点数;t1为模拟时间;φk为频谱相位角，在0～2π内服从均匀分布.对式(14)进行傅里叶逆变换可得到时域离散信号序列:将式(13)代入式(14)得到离散频谱，然后将式(14)代入式(15)中就可得到离散时间序列x(n).研究表明:合理选择轨道谱频率上限和下限，对随机过程的模拟极为重要［9］.根据轨道特性，取空间频率值范围为0.033～4.000 rad·m-1;考虑一般地铁车辆的构造速度为80～100 km·h-1，在此取其运行速度v=100 km·h-1，模拟时间序列总时间t为10 s，时间间隔为0.0001 s.国内地铁轨道不平顺状况与美国6级轨道谱相近，因此选取美国6级轨道谱作为输入，计算其时域轨道不平顺序列.计算结果如图2所示，可以将其作为轨道垂向激励源.图2 轨道垂向不平顺时域位移Fig.2 Time history of vertical track irregularity 4 动力学仿真模型及结果分析4.1 动力学仿真模型利用三维绘图软件Pro/E，画出单节车厢的结构模型.由于车体结构整体的刚度较大，车体选择柔性或刚性做出的结果基本在同一数量级内，且幅值的相差并不是很大［10］，因此将车体看作为刚性进行分析.利用多体系统动力学分析软件SIMPACK建立轮轨、转向架模型，并将二者组装起来.利用SIMPACK可以对复杂结构的多体系统进行建模、仿真、分析和设计，能够分析复杂多体系统的振动行为、计算力和加速度以及预测多体系统的运动特性.地铁车辆的前后转向架是基本相同的，除了安装抗蛇行减震器的位置不同之外，基本上对称于车体中心.对于车体这个复杂的系统而言，包含大量的实体，如底架、转向架构架、车轴、车轮、电机等，模拟时将它们考虑成具有质量属性的刚体.车体的简化拓扑图［11］如图3 所示.图3 车体-轮轨简化拓扑图Fig.3 Simplified topology of vehicle body and wheel-track在SIMPACK中将单节车厢和轮轨转向架模型装配起来即成为所需的动力学仿真模型，如图4所示.图4 车体仿真模型Fig.4 Simulation model of vehicle body4.2 仿真结果分析基于建立的车体振动系统的数学模型和动力学仿真模型，利用SIMPACK的时域仿真功能，将轨道垂向激励输入到轨道特性中，当车体沿着轨道运动时，受到来自轨道的激励，产生垂向振动响应.设置积分时间为10 s，参照GB 5599—85在车体两端地板上取2点(地板前后端中点)作为振动输出位置，其加速度a振动响应时间历程，如图5，6所示.客车运行平稳性按车体平均最大振动加速度来评定时，GB 5599—85规定，车速v≤140 km·h-1时，车体平均最大振动加速度amax应符合:式中:C为常数，运行平稳性等级分别为优良，好，合格时，C 分别取0.025，0.030，0.035.由仿真计算数据求得客车车体平均最大振动加速度:上述仿真计算结果表明:该客车的运行平稳性等级为优等.车体的垂向振动加速度功率谱曲线，如图7，8所示.f为频率，G为加速度功率谱.车体的垂向加速度功率谱密度在较低的频率出现较大的峰值，然后，随着激扰频率的增大，谱值呈现减小的趋势，这表明车体的垂向加速度功率谱密度主要是低频成分，因此可以判断出车辆的低频振动主要是由车体振动引起的.5 结论以地铁车辆的车体为研究对象，利用计算机应用软件分别建立了车体实体模型和动力学仿真模型;基于建立的车体振动模型，将轨道不平顺功率谱转换为轨道高低不平顺时间序列，作为激扰函数输入到建立的车体动力学仿真模型中，得到车体的时域垂向振动响应和频域功率谱曲线，从而了解轨道不平顺激励下的车体振动情况和车体对车辆振动的影响.因而可以对运行中的轨道车辆的车体振动情况进行分析和预测，进而可以参考相应的标准对车体的平稳性和振动特性做出分析，也可作为车体性能改进的参考依据.参考文献(References)【相关文献】［1］蒋海波，罗世辉，董仲美.Blackman-Tukey法的轨道不平顺数值模拟［J］.中国测试技术，2006，32(4):97-100.Jiang Haibo，Luo Shihui，Dong Zhongmei.Numerical simulation of track irregularity based on blackman-tukey［J］.China Measurement Technology，2006，32(4):97-100.(in Chinese)［2］ Gry L，Gontier C.Dynamic modelling of railway track:a periodic model based on a generalized beam formulation［J］.Journal of Sound and Vibration，1997，199(4):531-558.［3］ Thompson D J.Vehicle-rail noise generation，part 3:rail vibration［J］.Journal of Sound and Vibration，1993，161(4):421-446.［4］翟婉明.车辆-轨道耦合动力学［M］.3版.北京:科学出版社，2007.［5］黄俊飞，练松良，宗德明，等.轨道随机不平顺与车辆动力响应的相干分析［J］.同济大学学报，2003，31(1):16-20.Huang Junfei，Lian Songliang，Zong Deming，et al.A-nalysis of coherence between track random irregularity and vehicle dynamic response［J］.Journal of Tongji U-niversity，2003，31(1):16-20.(in Chinese)［6］ Torstenssona P T，Nielsena J C O，Baeza L.Dynamic train-track interaction at high vehicle speeds:modelling of wheelset dynamics and wheel rotation［J］.Journal of Sound and Vibration，2011，330(22):5309-5321.［7］ Garg V K，Dukkipati R V.Dynamics of Railway Vehicle Systems［M］.NewYork:Academic Press，1984:150-200.［8］陈果，翟婉明.铁路轨道不平顺随机过程的数值模拟［J］.西南交通大学学报，1999，34(2):138-142.Chen Guo，Zhai Wanming.Numerical simulation of the stochastic process of railway track irregularities［J］.Journal of Southwest Jiaotong University，1999，34(2):138-142.(in Chinese)［9］肖守讷，杨光武，张卫华，等.基于谱密度函数的轨道随机不平顺仿真［J］.中国铁道科学，2008，29(2):28-32.Xiao Shoune，Yang Guangwu，Zhang Weihua，et al.Simulation of stochastic railway track irregularity based on spectral density function ［J］.China Railway Science，2008，29(2):28-32.(in Chinese)［10］缪炳荣.基于多体动力学和有限元法的机车车体结构疲劳仿真研究［D］.成都:西南交通大学机械工程学院，2006.［11］缪炳荣，肖守讷，金鼎昌.应用SIMPACK对复杂机车多体系统建模与分析方法的研究［J］.机械科学与技术，2006，25(7):813-816.Miao Bingrong，Xiao Shoune，JinDingchang.Research on modeling and analysis of a complex multibody system by using simpack［J］.Mechanical Science and Technology，2006，25(7):813-816.(in Chinese)。
轨道随机不平顺与车辆动力响应的相干分析
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车辆动力学模型
本文在仿真计算中采用 !" # $%% 转向架的车辆 & 车辆由车体、 构架、 轮对组成多刚体系统， 彼此间通 过弹簧阻尼元件连接 & 当车辆匀速运动时， 不考虑车辆的制动、 车钩连接影响 & 车体和构架各有浮沉、 点 头、 横移、 摇头和侧滚 ’ 个自由度， 轮对有横移、 摇头、 浮沉、 侧滚和车轮因转速不匀而引起回转等 ’ 个自
（& ) 0123456175 89 :3;<=3> ?7@;7114;7@， A87@B; *7;C14D;5> E1D5 F362GD， HI37@I3; !""$$&， FI;73；! ) :3;<=3> J3;751737K1 L37KI37@ $$"""!， FI;73） 0123456175 89 L37KI37@ :3;<=3> ,M6;7;D5435;87，
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模拟所得的时域轨道随机高低不平顺 &#’()*+#,$ +-*./ 01-+#.*) #--1$()*-#+2 "#$% 3
图3
功率谱模拟值与解析值的比较
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对于高干扰水平 // * = 4 #(A 5 #) , @ 8・ %>*， )"( 5 #) , @ 8・ %>*， /3 & #) ! < B #) ; @ 8 %>* ! ・ 根据式 （7） 中低干扰水平的高低不平顺功率谱所得到的时域随机高低不平顺以及功率谱的模拟值与 解析值比较分别如图 # 和图 ( ! 两者接近， 因此可以认为得到了较好的模拟效果 !
曲线轨道不平顺对车辆动力响应影响仿真研究
铁 道 工 程 学 报 JOURNAL OF RAILWAY ENGINEERING SOCIETY
May 2011 NO． 5 （ Ser． 152 ）
文章编号：1006 － 2106 （ 2011 ） 05 － 0045 － 06
曲线轨道不平顺对车辆动力响应影响仿真研究
（ 1）
设 x（ t） 采样点数为 N， 采样频率为 f s ， 则样本长度
48
1． 4 轨道不平顺与车体加速度相干性分析
铁
道
工
程
学
报
2011 年 5 月
相干分析可以用来确定输出响应是由输入激扰引 起的百分值， 如果找到相干函数的最大值， 即可认为此 轨道不平顺波长对车辆振动最为不利 。 对于单输入、 单输出系统， 相干函数可以表示为：
（ 186 —35 ） 和下行 （ 35 —186 ） 的两次测试。 轨检车采 空间频率为 4 ， 每千米采样数据点数 样间隔为 0． 25 m， 为 4 001 个。 曲 线 线 路 的 半 径 为 680 m， 曲线长度 611 m， 平均超高 124． 2 mm， 平均加宽 61 mm， 运行车 速 101 km / h。轨检车通过测量左轨方向、 右轨方向、 左轨高低（ 如图 1 所示） 、 右轨高低（ 如图 2 所示 ） 控制 轨道不平顺， 这一组数据可以转换为轨距不平顺 、 方向 不平顺、 高低不平顺和水平不平顺。 令：
左轨轨向不平顺产生的车辆水平垂向加速度功率谱图19图20图19车辆的水平加速度谱图20车辆的垂向加速度谱左轨高低不平顺产生的车辆水平垂向加速度功率谱图21图22图21车辆的水平加速度谱图22车辆的垂向加速度谱右轨轨向不平顺产生的车辆水平垂向加速度功率谱图23右轨高低不平顺产生的车辆水平垂向加速度功率谱图25图26如图19所示车辆横向加速度谱主频范围是035m属于102m范围
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不同轨道随机激励下的车辆动力学性能仿真研究郑培治;祖炳洁;杨建福;王军【摘要】利用多体动力学软件SIMPACK建立了某300km/h速度级别的高速动车组拖车模型,采用德国"低干扰"谱和中国高速铁路无砟轨道谱作为轨道随机激励,研究了其相关动力学性能.通过在直线轨道上施加三种不同轨道激励仿真计算出不同的非线性临界速度,并进行对比分析;采用Sperling指标、ISO2631和平均最大振动加速度分别评价拖车的平稳性;采用脱轨系数、轮重减载率和轮轴横向力三个指标进一步评估拖车的曲线通过性能.结果表明:拖车的非线性临界速度远高于其实际运行速度,具有很好的稳定性,并且高速铁路无砟轨道谱激励下拖车的临界速度最高,德国"低干扰"谱次之,横向正弦不平顺最低;其稳定性指标和平均最大振动加速度均小于标准值,说明其运行平稳性为一级;三个曲线通过性能评价指标证明拖车具有良好的曲线通过性能.【期刊名称】《价值工程》【年(卷),期】2015(034)036【总页数】4页(P217-220)【关键词】高速动车组;多体动力学;拖车;稳定性【作者】郑培治;祖炳洁;杨建福;王军【作者单位】石家庄铁道大学机械工程学院,石家庄050043;石家庄铁道大学机械工程学院,石家庄050043;石家庄铁道大学机械工程学院,石家庄050043;石家庄铁道大学机械工程学院,石家庄050043【正文语种】中文【中图分类】U260.11轨道不平顺功率谱是车辆动力学仿真的关键，动力学仿真时所采用的轨道谱，主要有实测线路不平顺谱和反演生成的线路不平顺谱。
陈果、翟婉明[1]研究提出了基于频谱功率谱等效的一种轨道不平顺数值模拟方法。
王福天等[2]研究了用于高速车辆动态仿真的轨道谱，提出用美国6级轨道谱缩减系数方法在实物振动试验台实现高速轨道谱对机车车辆的激振，并已在实物试验中应用。
王开云等[3]分析了秦沈线有碴谱、无碴谱及德国轨道谱，讨论了各轨道谱在整个波长范围内的优劣，并运用动力学仿真技术对轮轨动力学性能的影响。
陈果等[4]通过车辆—轨道耦合动力学模型仿真计算比较了我国干线谱与国外典型轨道谱。
康熊、翟婉明等[5]研究提出了由轨道不平顺谱拟合公式与倍频能量表共同构成我国高速铁路无砟轨道不平顺谱，为我国高速铁路设计、评估和养护维修等提供了依据。
本文以某高速动车组拖车为研究对象，建立了拖车整车的动力学模型，依据德国“低干扰”谱和我国高速铁路无砟轨道谱（TB/T 3352-2014）对其进行了动力学响应分析。
采用多体动力学软件SIMPACK建立了某高速动车组拖车动力学模型。
模型考虑了悬挂系统中弹簧和阻尼器的非线性特性、轮轨接触几何非线性和蠕滑非线性。
车轮踏面采用LMA磨耗性踏面，钢轨采用我国60kg/m的T60型钢轨。
如图1。
1.1 模型简化由于实际高速动车组系统的复杂性和非线性特性，要准确地建立各个部件模型会增加建模的难度。
同时，在进行动力学仿真时，主要关注其动力学性能，而影响动力学性能的主要是部件的质量、转动惯量、相对位置和一些铰接和约束等。
部件的外形特征对动力学性能影响较小，故可以在进行动力学建模时进行了如下简化：①轮对、构架、车体均视为刚体。
轮对、构架、车体的弹性比悬挂系统的弹性要小的多，因此把轮对、构架、车体视为刚体是可以接受的；②不考虑钢轨的弹性变形。
钢轨的弹性对于车辆的动力学性能只有在高频时影响才较大，而在线路的低频频率激扰下影响不大，因此对线路只考虑其不平顺的激扰；③车体、转向架和轮对视为左右前后对称，忽略偏心；④将一系轴箱弹簧和二系空气弹簧简化为3个方向刚度的弹簧和垂向阻尼器系统；⑤将二系空气弹簧简化为3个方向刚度的弹簧和垂向阻尼器系统；⑥将牵引拉杆简化为纵向弹簧，抗侧滚扭杆简化为一个绕X轴的力元；⑦将轴箱转臂定位装置简化为3个方向平移刚度和3个方向转动刚度的弹性衬套。
1.2 模型自由度拖车单车模型中共有15个刚体，即1个车体、2个构架、4个轮对和8个转臂。
车体和转向架构架均为6个自由度，轮对具有4个自由度，每个转臂有一个点头自由度共8个自由度，故单车系统共有42个自由度。
拖车多体动力学模型如图2。
引起车辆系统各种动态响应其中一个主要原因就是轨道几何形状的变化。
轨道不平顺有：高低不平顺、水平不平顺、方向不平顺和轨距不平顺。
利用SIMPACK多体动力学软件对拖车进行动力学计算分析，计算内容包括蛇行运动稳定性分析、直线和曲线通过响应分析等内容。
2.1 蛇形运动稳定性分析实际临界速度与轨道激扰有关，不同的轨道激扰会有不同的实际临界速度[6]。
计算确定实际临界速度的方法：在轨道上加一段随机不平顺，使整个系统的振动被激发，然后使车辆系统在平直无不平顺的轨道上运行，当系统响应不再衰减到平衡位置而是趋于稳定的极限环时，则此时的速度即为车辆临界速度。
由蛇形运动极限环图可知，应当采用非线性临界速度作为评价指标，通常以轮对横移量是否收敛来评价。
采用三种轨道激扰来确定拖车的非线性临界速度，不同激励下的拖车非线性临界速度如表1。
其轮对横向位移如图3-图5。
从图3-图5可得，不同激励下拖车的非线性临界速度产生很大变化。
其中，在横向正弦激励下，拖车的临界速度最低，因为横向正弦激励下其幅值最大，轮对横向位移大，拖车更容易出现蛇行失稳；德国“低干扰”高速谱适用于250km/h以上的高速铁路，由于其横向不平顺激励小于横向正弦激励，故其激励下的临界速度高于横向正弦激励下的临界速度；同理，由于高速铁路无砟轨道谱远小于前两者的不平顺幅值，轮对横移量小，引起车体振动能量较低，故其临界速度最高，且随着不平顺幅值的扩大（车轮和钢轨磨损会导致不平顺的幅值加大），拖车的临界速度逐渐降低。
2.2 运行平稳性分析车辆运行平稳性主要反映车辆的振动程度。
客车运行平稳性（旅客乘坐的舒适性）分别按Sperling平稳性指标、ISO2631和平均最大振动加速度评定。
Sperling基于大量实验而制定的平稳性指标用于评定车辆本身的运行品质和旅客乘坐舒适度，运行品质由车辆本身来衡量，而舒适度则还与旅客对振动环境的敏感度有关。
平稳指标W由下式表示：式中，W—平稳性指标；A—振动加速度（g）；f—振动频率（Hz）；F（f）—与振动频率有关的修正系数，F（f）的引入是考虑到人体对各种振动频率的敏感不同，在常用的频率范围内，垂向和横向的F（f）值是不同的。
分别为：垂向振动：F（f）=横向振动：F（f）=由于车辆的振动是随机振动，其加速度和频率随时都在变化。
实际评定时是将所要分析的加速度波形按频率分组，根据每一组的加速度和频率计算该组的平稳性指标Wi，整个波形的平稳性指标按下式计算：式中，N为整个波段的分组总数。
根据参考文献[5]，测定客车车体垂直和横向加速度的加速度传感器安装在距转向架心盘一侧1000mm的车体地板面上。
采用德国“低干扰”高速谱和高速铁路无砟轨道谱激励，以标准运营速度300km/h匀速行驶，其平稳性指标和平均最大振动加速度如表2、表3所示。
从表2和表3可以看出，平稳性指标都小于《高速动车组整车试验规范》[8]规定的平稳性指标2.5的标准值，说明该拖车的平稳性是一级，满足旅客的乘坐舒适度要求。
同时车体的最大横向加速度和最大垂向加速度均满足要求。
同时对拖车直线运行时的轮重减载率、脱轨系数等稳定性指标进行分析，得出直线运行安全性结果。
如图6所示。
从表2和表3可以发现，高速铁路无砟轨道谱激励下车体的平稳性指标和前后平均最大振动加速度均低于德国“低干扰”谱，说明高速铁路无砟轨道谱的不平顺要优于德国“低干扰”谱。
同时，可以发现车体后方平稳性指标均高于车体前方，振动加速度较前方高，车体后方舒适度降低，容易引起人的疲劳，符合人实际乘车感觉。
从图6可以看到，拖车在两种激励下的脱轨系数和轮重减载率均小于规定的限值，并且德国“低干扰”谱激励下拖车的脱轨系数和轮重减载率要高于无砟轨道谱。
2.3 曲线通过性能分析车辆的蛇行运动是车辆的固有属性，而车辆的蛇行运动稳定性和曲线通过性是相互矛盾的，所以在保证高速动车组蛇行运动稳定性的前提下，还要求高速动车组有良好的曲线通过性。
我国高速铁路线路为保证运行安全，曲线半径一般设置为R9000m，具有较大安全裕量。
根据参考文献[9]设置线路参数：直线（950m）—缓和曲线（240m）—曲线（半径分别设置为R6000m、R7000m、R8000m，长度1440m）—缓和曲线（260m）—直线（1100m），曲线超高全部设置为150mm。
采用德国“低干扰”谱和高速铁路无砟轨道谱激励，以标准运营速度300km/h匀速行驶。
曲线通过能力主要以拖车的脱轨系数、轮重减载率和轮轴横向力等稳定性指标进行评价。
如表4、表5。
式中，h0—曲线外轨超高值，mm；v0—行车速度，km/h；R—曲线半径，m。
可得，半径为7000m，曲线超高为151.7mm，最接近150mm。
所以半径6000m和半径8000m分别为欠超高和过超高状态。
从表4和表5中发现，高速铁路无砟轨道激励下拖车在对应半径上的脱轨系数、轮重减载率和轮轴横根据公式向力均小于德国“低干扰”谱，进一步说明无砟轨道谱的不平顺要优于德国“低干扰”谱。
从表4中可以发现，德国“低干扰”谱激励下三种曲线半径的轮重减载率相差不大，脱轨系数以半径6000m最大，半径7000m和8000m的脱轨系数相差不大。
轮轴横向力以半径6000m最大，7000m次之，8000m最小。
从表5中发现，高速铁路无砟轨道激励下拖车在半径7000m运行时脱轨系数、轮重减载率和轮轴横向力均为最小。
本文以德国“低干扰”谱和铁总发布的高速铁路无砟轨道谱（TB/T 3352-2014）为轨道随机激励，研究了某国产动车组拖车的动力学性能。
通过分析拖车的各项动力学指标得到以下四个结论：①拖车的非线性临界速度远高于其实际运营速度300km/h，该拖车具有足够的运行稳定性；同时不同激励下的非线性临界速度有很大变化，以横向正弦激励最小，横向德国“低干扰”谱次之，中国高速铁路无砟轨道谱最高，且随着不平顺幅值增大，拖车临界速度也降低。
②由直线上运行分析可知，该拖车的横向和垂向最大振动加速度、平稳性指标均符合标准，说明该拖车乘坐舒适性满足要求，平稳性等级为一级。
③由曲线上运行分析可知，拖车的轮轴横向力、轮重减载率、脱轨系数的最大值均低于标准值，说明该拖车具有良好的曲线通过性能，并且具有足够的安全性能；且中国高速铁路无砟轨道激励下拖车在对应半径上的脱轨系数、轮重减载率和轮轴横向力均小于德国“低干扰”谱。
④仿真的结果只是用来分析改进动车组的动力学性能，与实际运行还有一定的差异，主要表现在车辆-轨道接触复杂的非线性、悬挂参数的非线性等，应进行现场试验与仿真结果进行对比分析，进而更加准确评价拖车的动力学性能[10]。