集装箱平车刚柔耦合仿真及减振对策研究

论文摘要

为了分析单层、双层集装箱平车的垂向振动问题,利用柔性体接口处理技术,建立了车体的刚柔耦合仿真模型,并与弹性交叉支撑式三大件转向架构成整车模型。通过对刚柔耦合仿真对比,分析找出两种车体产生弹性振动的原因,并提出相应的减振对策。在进行动力学试验和线路运行试验时发现集装箱平车存在一些问题,如车体垂向振动加速度偏大等。从结构振动模态分析的角度,这种振动加速度的偏大,应当存在激扰振源以及车体结构模态振动,因此,需要采用刚柔耦合动态分析技术,利用体现柔性体变形特点的接口处理技术对策,进行轨道运行仿真和整车模态分析。通过多种线路动态仿真对比分析可以得到如下结论:对于单层集装箱平车,车体结构具有“鱼刺”梁特征,车体产生弹性振动的主要原因是由于摇枕悬挂的斜楔摩擦“卡滞”。而且斜楔摩擦系数越大,斜楔低频卡滞所产生的粘-滑振动越明显。因此,这种粘-滑振动必然引起车体产生高频弹性振动,因而形成垂向加速度过大问题。车体产生的弹性振动主要为二阶垂向弯曲模态振动。而双层集装箱车体产生弹性振动的原因与单层集装箱平车的性质不同。双层集装箱车体具有“落下孔车”的结构特征,边梁刚度比较低,车体横向模态频率也比较低,因而弹性振动不是由于车体垂向振动模态引起的,而是由边梁横向模态振动造成的。车体弹性振动特征与装箱方式有关,只有在上下20ft×2装箱时才出现一阶弯曲模态振动,其它装箱方式则主要表现为车体横向振动。针对单层与双层集装箱车体振动的具体原因,提出了如下专用转向架设计建议:（1）对于单层集装箱平车,车体刚度比较低,因而需要采用低摩擦系数的高分子材料组合斜楔,以达到降低重载相对摩擦因子的要求。（2）对于双层集装箱车辆,重载重心比较高,车体横向刚度又比较低,因而需要考虑适当的车体刚度补强方案,并利用中央枕簧适度提高摇枕悬挂刚度,提高车体静态稳定性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 绪论
• 1.1 课题内容及主要问题
• 1.2 国内外综述
• 1.2.1 国内外集装箱平车的发展和应用
• 1.2.2 国内集装箱平车研究综述
• 1.3 柔性多体系统动力学
• 1.4 刚柔耦合
• 1.5 研究方案及可行性
• 本章小结
• 第二章 基于CMS 的刚柔耦合动态仿真
• 2.1 子结构模态综合法
• 2.1.1 约束模态和固有模态
• 2.1.2 固定交界面法
• 2.1.3 模态力
• 2.1.4 惯性耦合与模态截取
• 2.1.5 内力约束
• 2.1.6 模态截取
• 2.2 柔性体接口界面的复杂性
• 2.3 针对柔性体接口处理的技术对策及应用
• 本章小结
• 第三章 K6X 转向架模型
• 3.1 三大件转向架
• 3.1.1 转K6 型转向架的结构特点
• 3.1.2 心盘旁承与承载鞍（垫）
• 3.1.3 平面心盘
• 3.1.4 常接触旁承
• 3.1.5 承载鞍（垫）
• 3.2 摇枕悬挂
• 3.2.1 摇枕悬挂的特点
• 3.2.2 动态干摩擦模型
• 3.2.3 斜楔摩擦系数稳定性
• 3.2.4 垂向和横向的变摩擦减振
• 3.2.5 相对摩擦因子
• 3.2.6 斜楔纵向摩擦力
• 本章小结
• 第四章 单层集装箱平车运行问题分析
• 4.1 单层车体模型
• 4.2 摩擦减振对比
• 4.2.1 DIP 激励减振对比
• 4.2.2 PSD 激励减振对比
• 4.3 振动特征分析
• 4.3.1 基于模态质量模型的振动特征分析
• 4.3.2 基于附着质量模型的振动特征分析
• 4.4 平稳性评价
• 4.4.1 车体低频横向运动
• 4.4.2 垂向加速度PSD 对比
• 4.4.3 垂向加速度偏大原因及减振技术对策
• 本章小结
• 第五章 双层集装箱平车运行问题分析
• 5.1 双层车体模型
• 5.2 结构模态分析
• 5.3 基于装箱工况的车体振动特征分析
• 5.3.1 装箱工况Ⅰ的车体振动特征分析
• 5.3.2 基于三种工况的振动特征对比
• 5.3.3 装箱工况Ⅲ的车体振动特征分析
• 5.4 平稳性评价
• 5.4.1 垂向加速度能量谱密度PSD 对比
• 5.4.2 横向加速度能量谱密度PSD 对比
• 5.4.3 S 型曲线通过与车体侧滚
• 5.5 专用转向架设计建议
• 5.5.1 斜楔动态优化新理念
• 5.5.2 现有集装箱车辆改进设计探讨
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢