地铁铝合金车体动态特性动态子结构分析方法

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摘 要: 地铁 车辆 尺寸大 、 结构复杂 , 车体结构 的局部修 改会 导致有限元建模过程 的大量返 工并需要对分析过程重
新计算 。根据铝 合金地铁车体模块化制 造的特点 , 利用动态子结构方法完 成车体计算模型 的构建和动态特 性的计 算,
并与一 般有 限元分析 过程进行 比较。结果表 明 , 态子结构方 法不仅能够 实现计算模 型的快速建立而且 能够保证 良 动
铝 型 材 制 造地 铁 车 体 , 并采 用 模块 化 制 造 工 艺 。此 类 车 体 在 结 构上 有 很 多 重 复 的板 块 结构 , 在对 车 体 结构进 行 有 限元分 析 时可 以根 据这 一特 征考 虑 使用
对 模 型 的修 改通 常是 对 模 型 的局 部 进 行 修 改 , 次 每
地铁 铝合 金车 体动 态特 性 动态 子结 构分 析方 法
7 1
文 章 编号 : 0 61 5 (0 20 -0 10 1 0 -3 52 1 )20 7 -4
地铁铝合 金 车体 动态特性 动态子结构分析方法
陈冬冬 ,左言言
( 江苏大学 振动噪声研究所,江苏 镇江 2 2 1 10 3)
e e n d l a e q i k y e tb ih d a d t e a c r c ft e s l t n c n a s e g a a t e t h s fd n mi l me tmo e n b u c l sa l e n h c u a y o o u i a lo b u n e d wi t e u e o y a c c s h o r h
作者简 介 : 陈冬冬(9 6 )男 , 1 8一 , 河南驻 马店人 , 在读硕 士研究
生 。 主 要 研 究 方 向 : 辆 振 动 与 噪 声控 制 。 车
Emal hn o g o g 8 1 3 o — ic ed n d n 1 @ . r : 1 0 6 cn
结 构 。6 年 代 , 们 为 解 决大 型 复杂 结 构系 统 整体 0 人
如 何 构 造 和 获 取 各 子 结 构 的保 留模 态 来 构 成 力 兹 基 。各 种 不 同 的获 取方 法 , 形 成 了不 同 的模 态综 便
合技 术 [。 2 1
㈤ = P; = P ㈤ ) }
式 中 () 6常被称 为第 一 次坐标 变换 。 将 式() 入式 () 6代 4和式 ()有 5,
C HEN n d n Do g- o g, ZUO a - a Y hy h
( ntueo N i dVbain in s iesy h ni g 2 2 1 ,J n s hn ) Is tt f os a irt ,J guUnv ri ,Z ej n 1 0 3 i gu C ia i en o a t a a
理。
{贝{{。止得 p0p; 由可 a有) 匕 } =) , [ [ c 咄 }
所 以
设有 一个无 阻尼 系统 , 其运 动方 程为
{ 【] ( p ) = { { 1 p q 0 ,} ) )
式 = l ] [ lC , ) 。
() 1 1
将 式(0代 入 式() 式() 有 1) 7和 8则
a l ym e o c r o y; d lrz t n l t a - d mo u a i ai o r b o
地 铁 车辆 车体 尺 寸 大 , 构 复杂 , 结 在对 车 体进 行 有 限元分 析 时 , 算量 非 常大 。复杂 有 限元模 型 , 计 求 解 过 程 不 只 一 次 , 般 需要 反 复 修 改 , 复 计 算 , 一 反 而
好 的求 解 精 度 。
关键词 : 振动与波 ; 动态子结构; 单元; 超 模态综 合法 ( MS ; C ) 地铁铝 合金 车体; 模块化 中图分类号 : B 3 ; B 3  ̄ T 5 5 T 5 3. 2 文献标 识码 : A D 编码 :03 6/i n10 .3 52 1.2 .7 OI 1 . 9 .s.0 615 .0 20 . 1 9 js 0
大量 的工 时和 资源 。
近 年来 , 了最 大 限度 地减 轻 车体 的 白重 , 分 为 充 利 用 材料 的力 学 特 性 , 们 开 始 采用 大 型 中空 挤压 人
收 稿 B期 : 0 1 80 ; 改 B期 :0 1 82 2 1 0 —8 修 2 1. 。2 0
项 目基金 : 江苏省 自然科学基金: K 0 9 1 ; B 2 02 2
Abt c : ea s fh re n o lxsu t eo eme ocr o y i cl df ainwi a l g sat B cu e el g dc mpe t c r f h t a- ,t l a mo ict ll dt a a e r ot a a r u t r bd so i o le o r
代 表性 的是 H r  ̄ G a l 人提 出的模 态 综合 ut I }d l y ] We 等
法( o o e t d y tei 的思想 。 C mp n n Mo eS nh s ) s 瑞 利 一 李 兹法 ( a l g - i 法 ) 动 态 子 结 构 R ye hRt i z 是
高 等 学校 博 士 学 科 点 专 项 基 金 :
基 金编 号 :0 0 2 7 0 9 2 13 2 100 1
1 动 态 子 结 构 方 法 原 理
子 结构 技术 , 即将 结构划 分 为若 干个 子 结构 , 先 进 行各 子 结构 的局 部 分析 , 后 再 综 合 组装 成 整体 然
An l sso n m i a a t rsi so u i u Al y M er ay i f Dy a cCh r ce it f c Al m n m l to o
Ca- o yUsn n m i u sr cu eM eh d rb d i gDy a cS b tu t r t o
n mb ro wo k i n t lm e t u e f e r f i e e n d l g a d a ay i . a i g i t c o n em o u a n f c u i g c a a t rs c f r ni e mo e i n n l ss T k n o a c u t h d lrma u a trn h r ce it so n n t i t e au n m— l y mer a - o y m o a n l sso i d l s e f r e a e n t ed n mi u sr cu eme h d h l mi u al toc rb d , d l a y i f h smo e ro m d b s d o y a cs b t t r t o . o a t wa p h u Re u t o o u ai n we e c mp r d wi h s r m h o v n i n l n t lme tme h d ti h wn t a h n t s l fc mp t t r o a e t t o e fo t e c n e t a i e e n t o .I ss o h t e f ie s o h o i f e t i
¨; ; )} ,))) = =,=, 』 {{{{L u U l
系统 的界 面连续 条件 和力 的对接 条件 分别 为
于是 , 阻尼系统 的 自由运 动方程 可表 述 为 无
㈤: ㈤ { + =) ){ { } o
系统 的动 能和势 能分 别为
= + 卢

( 2 ) ( 3 )
21年 4 02 月







第2 期
动 力 分 析 困 难 问题 提 出 了动 态 子 结 构 的 方 法 , 有 具
并可写成[ { =0 。式中,c= 一 。设 cp { ]} } [ ]
{ } 的独 立 广 义 坐 标 为 { } 非独 立 广 义 坐 标 为 P中 p。,
[] + 『 ) { [ { =0 恸 Kg }
相应 的广 义特 征值 问题可 表述 为
() 1 2 () 1 3
【r }A } K { = [】 {
动 力学 方程 为
来自百度文库
对 于 一般 的动 力 学 问题 , 也可 以得 到 其缩 减 的
吉 m吐+{ ])( {。】) 吐[{ 4 吐’{ 吉卢m如 ) ) ) [ = ={ ]) { ]) 5 + [{ + u[{ ( ) ) )
修 改如 都进 行 一 次计 算 , 会 浪 费 大量 的 时 间和 资 就
源。
子 结构 分 析方 法 。这种 采用 子 结构 的 分析模 型 不仅
可 以减 少 相 同结构 部 分带来 的重复 工作 还可 以反 映
特 定空 间 结构在 预 制装 配和 施 工细节 中的实 际受 力
状 态 。 同时 , 在车 体 的设 计过 程 中 , 动态 子 结构 方 法 可 以实现 只 对 需要 的修 改 的 部位 进 行 重 新计 算 , 而 没 有修 改 的地 方 则 可 以不 再 重 新计 算 , 而 节 省 从
[r [ + 『 ){) M 鼢+C [ { =R m) K q
式 中 [ =[ [ [ ,
() 1 4
[ = [ [ [] J, S
式 中 [ ][ ][ , 分别是与 自由度 {“ {p , , [ u 和 u) }
相对 应 的0 B 结构 的质量矩 阵和刚度 矩 阵 。 【 子 与
对 子 结构 进 行 动态 分 析 , 出合 适 的 子结 构 的 选 保 留模 态用 来 组成 李 兹基 [ 和 [ , 例 铡。并作 为 子结 构 的模 态坐 标变 换矩 阵 , 即
[ ] . C [】 C S [] | , =[] S [ [ 。 R] =[ R] 上述 方 法可 以推 广 到 多子 结 构 系统 , 难 点 是 其
【 越+ 叫{) 嗍㈨ = 0
( 1 )
若将 系 统 划 分 为两 个 子 结构 0 D 并对 每 个 子 【 , 和
结构 的 自由度 按 内部 自由度 u和 界面 自由度 u加 以 。 J
区分 , 则有
丁 【m) g【 { = { , { 『 ) = ) g
式中 [] [ 【 , r [ [] ] . ] ][ = r [ 。 =s S 5 K S 九
的理 论 基 础 , 其基 本 思想 是 认 为 / 系 统被 约 束 得 7 维 只 能在 m个 模 态 集 的组 合 下 进 行 振动 ( 埘)这 种 力> , 方法 的最 大优越 性 在于 求解 近似特 征 对 时降低 方程 阶 数 。可 通 过 简 单 实 例 说 明动 态 子 结构 的基 本 原
s b t cu e meh d u sr t r t o . u
Ke rs: ir inadw v d n mi sb t c r ;u e e me t o o et d y tei C )a miu ywod vba o n a e; y a c u s t e spr l n;cmp n n esnh s ( MS ;l n m t u r u e mo s u
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