快速货车动力学性能分析及参数优化

论文摘要

铁路运输自19世纪初正式运营以来,一直以其运量大、速度快、安全、节能环保等优势作为人类最重要的交通运输方式,在世界各国的经济发展中发挥着重要的作用。目前,我国大量新建高速铁路,大力推进客运高速化,为货运快捷化创造条件的同时,也对货运列车的速度提出了更高的要求,以减少客货列车的速度差,充分利用高速线路的运输能力；另一方面为提供集装箱、汽车、行包快运、鲜活物品等高附加值货物快运服务,因而货运安全快捷化势在必行。本文基于此背景,开展快速货车动力学性能分析和参数优化研究。在分析快速货车转向架和平车车体结构的基础上,简要阐述了车辆系统动力学建模和刚柔耦合多体系统理论基础；运用计算机辅助设计软件Pro/Engineer和有限元分析软件ANSYS,建立平车车体有限元模型,并进行模态分析和子结构分析；其次结合多体动力学软件SIMPACK,分别建立了车辆系统的多刚体和刚柔耦合的动力学仿真模型。基于多刚体和刚柔耦合的动力学仿真模型,对车辆系统的动力学性能进行分析,讨论参数影响规律,优化转向架和车体参数。同时,对比分析多刚体和刚柔耦合动力学模型的仿真计算结果,探讨车体弹性变形对车辆动力学性能的影响程度。结果表明：优化选取的转向架悬挂参数和车体参数均能满足其动力学性能的要求,为研制快速货车转向架提供理论参考；考虑车体弹性,即车体的结构自振,对空车车辆系统横向和垂向振动响应有一定的影响,对重车车辆系统垂向振动响应有很大程度的影响;考虑车体弹性降低了临界速度,降幅不大,重车降幅略大于空车；对运行平稳性和动态曲线通过性能有不同程度的影响,对重车的影响大于空车。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文选题背景
• 1.2 车辆系统动力学发展概况
• 1.3 多体系统动力学发展概况
• 1.4 车辆系统刚-柔耦合动力学研究概况
• 1.5 论文主要内容及方法
• 第2章 车体有限元建模及分析
• 2.1 平车车体结构特点
• 2.2 平车车体有限元建模
• 2.3 平车车体有限元分析
• 2.3.1 车体材料属性及有限元网格划分
• 2.3.2 模态分析
• 2.3.3 子结构分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 快速货车动力学建模
• 3.1 快速货车转向架介绍
• 3.1.1 快速货车转向架基本结构
• 3.1.2 快速货车转向架主要技术特点
• 3.1.3 快速货车转向架主要技术参数
• 3.2 快速货车动力学建模基础理论
• 3.2.1 车辆系统动力学建模仿真理论基础
• 3.2.2 刚柔耦合多体系统理论基础
• 3.2.3 SIMPACK弹性体的实现
• 3.3 快速货车刚柔耦合动力学仿真模型建立
• 3.3.1 物理模型
• 3.3.2 货车非线性因素及简化方法
• 3.3.3 轨道不平顺
• 3.3.4 SIMPACK快速货车模型
• 3.4 本章小结
• 第4章 快速货车动力学参数优化研究
• 4.1 车辆动力学性能评定方法和评价指标
• 4.1.1 车辆动力学性能评定方法
• 4.1.2 车辆动力学性能评价指标
• 4.2 快速货车动力学参数优化研究
• 4.2.1 多刚体和刚柔耦合模型对比算例
• 4.2.2 一系悬挂参数优化研究
• 4.2.3 二系悬挂参数优化研究
• 4.2.4 平车车体参数优化研究
• 4.3 本章小结
• 第5章 考虑车体弹性的快速货车动力学仿真分析
• 5.1 车辆系统模态分析
• 5.2 车辆系统振动响应分析
• 5.2.1 空车车辆系统振动响应分析
• 5.2.2 重车车辆系统振动响应分析
• 5.3 车辆系统动力学性能分析
• 5.3.1 车辆非线性运行稳定性
• 5.3.2 车辆动态曲线通过性能
• 5.3.3 车辆运行平稳性
• 5.4 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果