基于柔性多体系统动力学的轨道车辆建模研究

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1、摘要近些年来，轨道交通的发展体现了高速化、新型化、舒适安全的主要技术特征。在这一发展过程中，出现了许多新的工程问题，如由于车辆结构柔性的增加和运行速度的提高引起了零部件结构振动的加剧，引起结构动应力增大，导致零部件非正常裂纹出现和结构使用寿命的下降，引起车辆运行稳定性、舒适性和安全性的恶化。如何提出合理的分析模型和分析方法来解决这些问题成了轨道车辆动力学理论研究的重要问题之一。论文主要研究复杂弹性耦合车辆振动系统亟需解决的建模问题。本文针对复杂弹性耦合车辆振动系统提出了一种新的子结构建模方法实现了复杂弹性耦合车辆系统的动力学建模。该方法将车体看作弹性体，用模态理论进

2、行建模；将转向架及轮对视为刚体，利用刚体理论进行建模；最后利用子结构问的悬挂系统的力平衡，完成总系统动力学方程式的综合。对弹性体建模的关键足获取弹性体的模态参数，而模态参数可通过理论建模、有限元建模或者实验建模的方法得到。论文分别对复杂弹性耦合车辆系统二维和三维的情形作了详细的讨论。在二维情况下，论文推导了基于欧拉梁车体简化模型的复杂弹性耦合车辆系统的动力学方程式，对车辆振动固有频率和振型进行了分析，并在轨道不平顺激励作用下对车辆的振动进行了动态仿真，讨论了车体的弯曲模态对车体各考察点处加速度响应的影响。在三维情况下，论文对复杂弹性耦合车辆系统的建模进行了深入的研究

3、，并建立起轮轨接触模型和轨道不平顺激励模型，推导了三维复杂弹性耦合车辆系统的动力学方程式，并完成了仿真算例的计算。关键词：复杂弹性耦合车辆系统、动力学方程式、模态、弹性车体、有限元分析AbstractABSTRACTInrecentyears，thetechnologyfeaturesoffast，light，comfortable&safetyhavebeenindicatedduringthedevelopmentofrailwaytransportationsystem．Withtheincreaseofrunningspeedandtheuseoflight

4、structure，somenewquestionsappeared，suchas，thestructurevibrationofcarbodyincreasedwhilethetrainrunsfasterandthelightmaterialandlightstructurecarbodywereusedinvehicle，therunningstabilitycamedown，thestructurefatiguelifedecreased．Thethesishasstudiedtheproblemofmodelingthecomplexelasticcoup

5、ledvehiclesystem．Anewsubstructuremodelingmethodforthecomplexelasticcoupledvehiclesystemispresented，whichhassolvedtheproblemofmodelingtheelasticcarbodyinvehiclesystem．Inthismethod，carbodyareregardedaselasticbodiesandtheirdynamicequationsareestablishedbyanalyticalmethods，finiteelementmet

6、hodorexperimentalmethod，bogiesandwheelsetsaretakenasrigidbodiesandtheirdynamicequationsareestablishedbyrigidbodytheory．Usingtheforcebalanceatthesuspensionsystemsthatconnectthesubsystems，thewholesystem’Sdynamicequationisobtained．Thethesishasdiscussedthemodelingtheoryof2Dand3Dcomplexelas

7、ticcoupledvehiclesystemdetailed．Inthe2Dcase，thedynamicequationofcomplexvehiclesystembasedontheEuroelasticbeammodelofcarbodyisdeduced，naturalfrequencyandmodeshapeofthevehiclesystemareanalyzed，theresponseofvehicletothetrackirregularitiesissimulated，andtheinfluencesofcarbodyelasticbendm