基于SIMPACK的转向架计算报告

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1、课程作业题目：动车最大超员载荷下的车辆动力学计算报告成员：宋阳阳刘鹏臻学号：2016220520163178专业：车辆工程日期:2017年4月一、概述随着铁路运输的快速发展，要求铁路必须在保证安全的前提下，增加货物列车的重量，提高客运列车的速度以及运行品质。各国在车辆及其零部件的结构型式方面出现了许多重大的技术改造和创新，而这些技术成就都是在车辆系统动力学的理论和试验研究成果的基础上取得的。车辆系统动力学的研究成果，推动了[1]车辆新结构和铁路运输的快速发展。铁路运输是依靠列车在线路上的运行来实现的。由机车和车辆组成的列车以及铁路线

2、路是一个整体系统，在这个复杂的系统中，它们相互联系着又互相作用着。列车在运行时，系统中各组成构件将会产生各种力和位移的动力过程，这些力和位移是由于机车车辆和线路的相互作用以及机车与车辆之间和各连结车辆之间的相互作用所引起的，对这些过程进行研究的一门学科就是车辆系统动力学。车辆系统动力学的研究成果能够使列车在高速运行和重载的情况下，仍然能够保证列车安全而平稳地运行。二、计算报告主要内容（1）调研国内外动力学发展的相关文献，分析车辆动力学研究背景，意义和目的以及国内外发展现状的相关内容。（2）用车辆动力学仿真实验的分析方法，根据给定的车

3、辆参数，运用SIMPACK软件建立仿真模型，并设计具有轨道激扰的完整曲线线路。（3）在不同的速度下，分别求解建模后形成的运动控制微分方程，得到计算结果。通过对运算结果的分析，衡量车辆通过曲线的安全性，确定列车可以安全通过所设计的曲线线路的最大速度范围。三、国内外车辆动力学发展今年来国际上铁道车辆系统动力学研究进展显著，特别是在提高车辆运行稳定性和解决车辆/线路相互作用实际问题等方法研究十分活跃，研究出徐国新方法和新技术。(1)将车辆与线路综合为一个整体系统正逐步成为轮/轨相互作用的研究方向。车辆/线路系统的各子系统已有众多各具特色的

4、模型，重要的不是模型的型式而在于符合具体问题的需要和恰当的参数。特别是线路模型，我国实际线路的路基、道床及轨道结构与国外情况不同，不能直接沿用国外的试验数据和模型参数。因此，应用系统识别理论，通过试验，确定我国线路系统模型中的各项参数，1是一项重要而有意义的课题。铁道部科学研究院的轨道动力学试验室，环行试验[2]铁道及专用试验车为开展此课题研究提供了极好的条件。(2)SIMPACK是一款具有丰富的建模模块及元素库的多体动力学分析软件，包括体（Bodies）、铰（Joints）、约束（Constrains）、力元（Forcelemen

5、ts）、标记（Markers）、传感器（Sensors）等。该软件能运用多体动力学方面的理论自动创建动力学系统的运动方程，并根据研究需求对方程进行求解分析，快速寻找系统的静力平衡位置，获得系统中各部件的位移、速度、加速度。此外，该软件还可[3]利用所测数据进行模态分析、频域分析和谱分析等。研究人员使用该软件可快速建立动力学模型，随即自动形成力学方程，并得到系统的动态特性或频域特性。该软件采用先进的相对坐标系建模，求解迅速，当模型的零件增多时，优势尤为[4]明显，且采用核心递归算法保证了求解的稳定性和可靠性。利用多体动力学软件SIMP

6、ACK可以对轨道车辆进行整体建模。目前应用比较广泛的研究方法主要有：采用不同速度通过直线轨道线路而获得车辆的线性和非线性临界速度；研究车辆通过不同的曲线线路而获得其曲线通过能力；分析轨道车辆在不同速度下的平稳性指标；采用有限元分析软件ANSYS获得车体的有限元模态文件，输入SIMPACK中获得刚柔耦合的多体动力学模型，并获得车体[5]刚柔耦合的动态性能。(3)随着高速铁路的发展，主动控制技术、磁轨制动技术等新技术的应用不可避免。那时，机车车辆系统将不再是单一能量范畴，而是机械、电、液压、热以至磁和流体等多种能量耦合系统。系统的性能也

7、会受多种基本物理过程的影响。有效应用于系统动力学研究的键合图方法(MethodofBondGraph)提供了一种统一处理多种能量范畴的工程系统的动态分析方法。它把多种物理参量统一地归纳成四种状态变量：势、流、变位和动量变量，同时采用了11种“元件”表征基本物理性能和描述功率变换及守恒的基本连接方式。然后可以根据系统中功率流方向，按照规定的步骤制定系统键合图模型，并列出由状态变量所描述的系统的状态方程。有了图形和数学描述的统一格式，只要制定一个完全增广定向的键合图模型输入计算机，利用计算机技术的功能，即能得出仿真结果。与用微分方程、差

8、分方程描述系统的数学模型不同，键合图方法是以状态方程为数学模型的状态空间法进行系统分析它是在研究对象日趋复杂，计算技术日益提高的背景下产生发展的。它不仅适用于线性系统和定参数系统，而且适用于非线性系统和时变参量系统，特别对于多输入多输