simpack动力学计算步骤要点

Simpack动力学计算步骤

在机车动力学计算中，主要包括稳定性，平稳性以及曲线通过性的计算。在这些计算过程里，除了开始的建模过程外，后续过程的计算和数据处理也是很重要的。在每个计算中都有不同的输入和输出，在这里就简单进行总结一下：一稳定性计算

在稳定性计算里，包括准线性临界速度（根轨迹计算）和非线性临界速度这两大类计算。

1线性稳定性根轨迹计算是属于频域计算的范围，根轨迹曲线是机车系统在不同速度下所有特征根的结果，其横坐标为自然阻尼（特征根实部），纵坐标为相应模态的振动频率（特征根虚部）。根轨迹曲线中，随机车运行速度变化的振动模态决定了机车系统的稳定性。理论上，当系统的所有特征根实部全为负值时，系统的运动是稳定的。实际上，在机车车辆应用领域，以自然阻尼不大于-5％作为判断条件。与运行速度无关的振动模态是机车系统中各刚体的振动模态，它所对应的频率即是机车系统的固有振动频率。

1.1在进行根轨迹计算前，要把模型拷贝，重命名，单独进行。

运行simpack，打开文件：单击按钮，弹出如图1.1对话框；在Actual Path 里面输入模型所在根目录路径，在Directory里双击模型所在文件夹，然后在Models里右键单击模型，在右键菜单里选择Copy Model，再右键选择Paste Model，粘贴模型，弹出如图1.2对话框，选择New Name，键入新的文件名；在Model对话框里选择新拷贝的文件，单击OK，完成文件拷贝。单击前处理器

按钮，打开模型。

图 1.1 图1.2

1.2将模型进行等效线性化，在前处理器中单击Globals/vehicle global,在弹

出的对话框中，把contact geometry选为线性（linear），然后单击Apply as Defaults。

1.3保存线性化状态。单击Globals/linearization states,在弹出的对话框中，选择复制所有铰为线性状态：Copy All Joint States to Linearization State，然后单击OK。

1.4把非线性模型中的轴箱自由横动量去掉，在横向上加上横向刚度。

在前处理器菜单栏目中选择Elements/Force Elements，或者单击界面右边力元件按钮，弹出如图1.3对话框，选择一系，双击弹出如图1.4对话框，单击Fc(y)，如图1.5对话框，选择none去掉轴箱间隙，这时候会出来一系刚度c_y，

单击要修改的选项，弹出，在输入框里单击右键，弹出如图1.6对话框，选择一系横向刚度。

图 1.3 图 1.4

、

图 1.5 图 1.6

1.5重复步骤1.2，1.3，在模型中，每一次修改后都要重复步骤1.2，1.3。保存并关闭模型。

1.6进行单速度下的根轨迹计算。单速度下的根轨迹计算需要将Type of Quasi-Linearization 定义为Harmonic Lin ，如果是下一步的变参数计算则定义为Equivalent Lin ，步骤：在前处理器中单击Globals/vehicle global ，在Contact Geometry 的Define 中定义。

在主界面中单击Calculation/Eigenvalues ，在弹出的对话框中，单击perform ，可以看到每个模态的实部，虚部，以及自然阻尼和频率。如图1.7：

图 1.7

通过进行这一步可以调用OUTPUT文件夹中后缀为EVA的文件，用记事本打开可以看到所有的频率和频率对应的零部件，以及这些部件的Amplitude（振幅），Phase（相位），Energy（能量），通过对低频的查看可以看到哪些部件能量较大（接近或等于1），可以对其进一步进行分析。

1.7打开模型，单击前处理器菜单栏目中的Animation/Mode shapes,在弹出的对话框中，如图1.8，选择模态，单击两端播放按钮可以进行动画，可以看到3D 模型各模态的振动情况。单击OK关闭对话框。

1.8设置参数变量并计算。在主界面菜单栏目中单击Parvariation/Configure，弹出如图1.9对话框。

图1.8 图1.9

在标签Parameters中有三重循环，在循环p1中设置速度变量：单击New，输入变量名称，回车，在弹出对话框中设置Initial Value和Final Value，单击OK 保存设置并退出；在循环p2中设置等效锥度变量，步骤同上。（注：软件在计算时先循环p1，再循环p2，最后循环p3。）

在标签Per-Cale中，把Level2中的第一个改为Generate Quasi linear Wheel Rail Profiles。

在标签Methods中，把Linear Methods改为Disable，保存并退出。

单击主界面菜单目录Parvariation/Eigenfrequency/Perform进行计算。

1.9结果查看。如图1.10。单击Postprocess/Parvariation plots/ Eigenfrequency,弹出对话框：

Show：All EV；

频率Frequ.Dimension：Hz；

阻尼Damp.Dimension：natural damping；

表示方法Representation：Root locii。

在Plot Setting里设置合适的频率与阻尼，频率一般为0~50，阻尼一般为-1~0.2。选择Outer Param P2里的模态，单击plot显示结果。

图 1.10

2 非线性稳定性

非线性稳定性即计算蛇行稳定性。蛇行稳定性的计算方法为：截取一段长度为50m的不平顺时域谱作为激扰，让机车以一定的速度通过不平顺后，在无不平顺直道上继续运行到300m，考察各刚体位移的收敛和发散情况来判断机车稳定性。

2.1在建立好的非线性模型中，添加轨道激励。在前处理器的按钮图标中单击，在弹出的对话框中设置Topology：Straight Track（平直轨道），设置轨道