车辆系统动力学讲义课件

《车辆系统动力学讲义课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、车辆系统动力学2011年12月西南交通大学牵引动力国家重点实验室本课程的主要内容第一章绪论第二章车辆系统动力学的理论基础第三章车辆系统动力学性能第四章列车系统动力学第五章车辆系统动力学的工程应用和发展第1章绪论主要内容车辆动力学的发展车辆动力学的主要研究内容车辆动力学的研究方法车辆动力学的工程意义车辆动力学系统是一个复杂的系统，其发展依靠科学技术和研究手段的进步。至今仍有大量问题没有解决。60年代以前的传统方法轮轨蠕滑理论的提出和应用计算机技术的大量采用大系统方法和复杂动力学模型1.1车辆动力学的发展车辆动力学

2、模型的建立和求解车辆动力学模型的验证运动稳定性运行平稳性曲线通过性能(运行安全性)轮轨磨耗噪声结构弹性振动控制等1.2车辆动力学的主要研究内容基础常规前沿试验方法1线路试验：试验线路试验、正线试验2试验台试验：滚动台、振动台、滚动振动台等理论分析方法：线性、非线性等简化或局部模型仿真分析方法1传统的计算机数值仿真：主要针对某一方面2虚拟现实技术：大系统和复杂模型的仿真3半实物仿真：半实物半仿真的混合仿真1.3车辆动力学的研究方法车辆系统动力学来源于车辆的运用实践，服务于运用。其主要目的是：1.从理论角度解释车辆

3、系统的动力学现象;2.解决运用中的动力学问题;3.提出新的方法和设想；具体表现在：车辆系统动力学的基础理论研究、车辆参数优化、动力学性能预测、新型转向架和车辆的研究等诸多方面。车辆动力学是现代车辆设计、运用和研究中不可缺少的重要部分，车辆动力学理论又是其基础。1.4车辆动力学的工程意义2.1振动理论的简单回顾基本分类：线性振动、非线性振动、随机振动自由振动、受迫振动、自激振动多刚体系统、多柔体系统第2章车辆系统动力学的理论基础动力学一般方程：其中：M为质量矩阵；C为阻尼矩阵；K为刚度矩阵；x为系统状态向量；F为

4、非线性的力和外界作用等。更一般的可以写为：其中：u为外界线性输入。求解方法（常微分方程组、微分代数方程组）理论解：符号计算、公式推导数值解：1显示方法：中差预测法、梯形迭代法、龙格－库塔法等。2隐式方法：houbolt法、威尔逊－q法、纽马克法、派克强稳定法等。现在在以上方法的基础上还发展了大量的积分方法，用于不同的领域。运用较多的还是龙格－库塔法。微分代数方程的求解较困难，所以完全基于计算多体系统动力学的软件求解较慢。1）铁道车辆系统是一个由多个部件组成的复杂系统，每个部件有6个自由度，再加上各体之间有复杂的

5、非线性力和几何约束关系，故传统的方法仍是采用多刚体动力学理论，简化影响较小的因素，根据研究的目的不同建立各种简化模型。一般不考虑各车间的耦合，只建立单车模型；一般不考虑车辆－轨道的耦合，认为轨道是刚性的；一般不考虑车辆与接触网的耦合振动，其对车辆影响较小；不考虑空气动力学的影响；不考虑结构弹性振动。弹簧和减振器均简化和线性化处理。2.2铁道车辆模型2）车辆运动形式的定义（Simpack动画）伸缩横移沉浮侧滚点头摇头轮对的滚动称为：旋转。车体的横移和侧滚运动一般耦合为：上心滚摆和下心滚摆；构架的横移一般以横摆的形

6、式出现。3）车辆动力学模型(a)垂向和横向模型(下图)模型简单，横向和垂向模型相似，定性分析。（b）横向稳定性模型用于传统的稳定性分析，现在一般都建立横、垂耦合模型或横、垂、纵向耦合模型用于稳定性分析。比单独的横向和垂向模型考虑的自由度增加，增加了计算时间，尤其是参数优化时，稳定性计算所占的时间很长。对动车组的稳定性一般分单车稳定性和列车稳定性。（c)曲线通过模型用于分析车辆曲线通过时的动力学性能。现在的曲线通过模型一般也采用横－垂耦合模型。4)列车动力学模型传统的列车动力学模型主要研究列车状态下车辆之间的动力

7、学作用，例如车钩力分析。现在的列车动力学也有向大系统、复杂模型发展（尤其是动车组）。传统模型包括：(a)列车纵向动力学模型(b)列车横向动力学模型(c)列车垂向动力学模型由于列车动力学研究的车辆数目一般较多，对车辆都做了大量简化。由于所关注的问题主要是列车系统的影响，所以一般都能取得较满意的精度，没有必要建立复杂的模型。5）车辆动力学模型的验证建模和模型验证是仿真中最重要的两个方面。正确的模型必须具备两个条件：模型的结构必须是可靠的模型的各个参数必须的准确的模型验证的方法主要是仿真结果了试验结果的对比。模型验证

8、只需比较和所建立模型目的相关的结果或中间结果。需要注意的是针对所研究的目的需要选择合适的比较统计量、合适的容许误差和判据。一般商业软件的建模方法和计算方法都是经过验证的，而自己编写的程序需要大量的调试。商业软件的模型验证只需和试验结果比较。6)系统参数的识别正确和准确的参数是动力学仿真的必要条件。动力学仿真中很多参数都是先由试验获取，再经过简化或统计处理得到的。不准确的参数可能对动力学