针对集装箱平车高频弹性振动分析

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1、集装箱平车高频弹性振动分析高浩戴焕云[摘要]随着铁路运输的发展，高速、重载和轻量化成为铁路货车的发展方向。高速化使得铁路不平顺引起的随机激励的频域加宽，高频成分增加；轻量化和载重增加往往导致车体整体或局部刚度不足，货车的动力学性能受到很大的影响。车体振动的非线性因素增加，垂向振动加速度增大，局部出现高频弹性振动。为了研究车体的垂向振动本文将车体考虑成柔性体，建立货车的刚柔耦合系统动力学模型，通过时域积分得到车体垂向位移激扰，最后在ANSYS中进行动力学分析，得到车体各部分的加速度响应。对计算结果进行分析，找到局部出现加速度过大的原因。[

2、关键词]集装箱平车刚柔耦合垂向加速度高频振动HighFrequencyElasticVibrationAnalysisofContainerFlatWagonGAOHaoDAIHuan-yunTractionPowerStateKeyLaboratorySouthwestJiaotongUniversity[Abstract]Withthedevelopmentofrailwaytransport,High-speed,heavyhaulandlighterweightisthetrendofwagondevelopment.Thesp

3、eedbecomesmoreandmorehigher,andfrequencydomainofrandomexcitationwhichisbroughtbytherailwaytrackirregularitybecomeswider,highfrequencyproprotionbecomeslarger.Thedynamiccapabilityofwagonwasaffectedgreatlybylowglobalorlocalrigidityduetoheavyhaulandlighterweight.Nonlinearfac

4、torsofcarbodyvibrationincreased,vertical-vibrationaccelerationaugmentedandhighfrequencyelasticvibrationappeared.Inordertogetaccuratesimulationresult,thecarbodymustbeconsideredasflexilebody.Rigid-flexsystemdynamicmodelwasbuilt.Verticaldisplacementofcarbodywascalculatedbyt

5、imedomainintegration.Finally,thedisplacementexcitationinputbacktoANSYSfordynamicalanalysis,andtheaccelerationrespondenceofcarbodywascalculated.Analyzetheresultandfindthereasonofbigvertical-vibrationacceleration.[keyword]containerflatwagonrigid-flexverticalaccelerationhig

6、hfrequencyvibration铁道车辆是一个大的非线性系统，特别是货车非线性因素很多，如：转向架中摩擦减振器，两级刚度弹簧，由间隙产生的非线性特性等等。高速、重载和轻量化导致车体的振动非线性加强。以往的计算中将车体考虑成刚体，实践证明，这已经不能反映车体的实际振动情况。随着车速的提高，铁路不平顺引起的随机激励的频域加宽，车体的垂向和横向加速度也随之增大，并且较高的频率激扰激励出车体的弹性振动。轻量化和高速化对车体垂向振动有很明显的影响，如2003年研发的双层集装箱平车和本文讨论的新型集装箱平车，在重载工况下垂向加速度达到1g，远

7、远超过0.7的限度值；客车的软卧车厢侧墙，地板也出现较大的振动。垂向加速度是车辆性能的重要指标，对行车安全、旅客的舒适度和货物的安全都有直接的影响，为了更准确的计算分析，需将车体考虑成柔性体[1]，建立刚柔耦合动力学模型进行仿真计算。本文的研究对象为一种新型集装箱平车，该车结构简单、自重轻、载重大，可以装载3个20ft的集装箱。在线路动力学试验中表现为：空车工况下，车体垂向振动性能正常，但在重载工况下，心盘附近垂向加速度过大，大于0.7g的限度值，有时甚至会超过1g，且主要表现为高频的弹性振动，其它动力学指标均正常。传统集装箱平车最大加

8、速度出现在车体中部且多为低频振动。本文用有限元软件ANSYS和动力学软件SIMPACK结合，建立集装箱平车刚柔耦合动力学模型，进行计算分析[2]。车辆系统垂向和横向是弱耦合，本文只考察车体的垂向振动。1、建