柔性轮对结构振动对车辆动力学性能的影响

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1、柔性轮对结构振动对车辆动力学性能的影响：　　为研究轮对柔性对车辆动力学的影响，建立高速列车轮对的有限元模型，对轮对进行自由模态分析.通过模态综合法获取柔性轮对模态信息，应用多体系统动力学理论建立柔性轮对刚性轨道接触力学模型；建立包含高速旋转柔性轮对的车辆轨道耦合动力学模型，研究高速列车在直线和曲线通过时轮对结构振动对车辆动力学性能的影响.结果表明：轮对的结构振动对轮轨接触点位置、蠕滑率、蠕滑力和脱轨因数等均产生较明显的影响，但是对轮重减载率影响较小，因此应采用更加精确的柔性轮轨耦合模型研究轮轨相互作用、轮轨滚动接触疲劳和轮轨噪声等.　　关键词

2、：　　柔性轮对；结构振动；模态综合法；刚柔耦合；车辆动力学；轮轨接触点；轮轨相互作用　　：U271.91；TB115.1　　文献标志码：B　　0引言　　在传统的车辆动力学模型中，由于采用刚性轮对模型，无法体现轮对在高速旋转过程中的结构柔性，而轮对的结构振动会通过轮轨接触和耦合作用对车辆和轨道的动力学性能产生不可忽视的影响，特别是对轮对的滚动接触疲劳及高速列车的运行安全性和稳定性等的影响.　　近几年，关于轮对柔性体的研究逐渐增多，主要集中在轮轨接触和耦合作用、车辆运行稳定性、轮轨磨耗和噪声等方面.ARNOLD等[1]分析轮对弹性对车辆横向运动稳

3、定性的影响；CLAS等[2]提出采用多体动力学方法研究车辆，考虑部件的弹性效应，如将轮对考虑成弹性体；CHAAR等[3]研究轮对和轨道弹性对轮轨力的影响；万鹏等[4]对比分析弹性体轮对模型和刚性体轮对模型车辆的横向运动稳定性，认为考虑轮对弹性时，车辆临界速度较刚性轮对的值有所降低，但降幅不大；文献[511]考虑轨道结构变形对轮轨接触位置的影响.　　到目前为止，未见有文献分析轮对结构变形对轮轨接触点位置的影响.轨道结构变形和轮对结构变形都会对轮轨接触点位置产生很大的影响，轮轴变形可以导致轮轨接触点由踏面转向轮缘根部.[12]　　考虑轮对柔性的刚

4、柔耦合，建立车辆轨道动力学模型，从理论和实践角度研究高速旋转轮对的结构振动对车辆动力学性能的影响.针对高速列车的特点，应用多体系统动力学和柔性体旋转动力学等理论，建立高速旋转轮对柔性体模型，研究高速轮对结构弹性振动在直线通过和曲线通过时，对轮轨接触点位置、轮轨蠕滑率和蠕滑力以及高速车辆动力学性能的影响.　　1柔性轮对刚性轨道接触力学模型　　1.1柔性轮对模型　　对于柔性轮对刚性轨道接触模型，除轮对横移和摇头2个自由度外，还需考虑轮对弹性振动自由度.从轮对弹性振动特征出发，采用模态综合法模拟轮对的结构弹性振动，增加的自由度包含除刚体自由度以外的

5、前Nf阶自由模态，模态阶数的选择取决于所要研究的振动频率范围.　　某高速轮对的三维CAD模型和相应的有限元模型见图1，该轮对的前4阶自由模态形状和频率见图2.