IMECH-IR  > 流固耦合系统力学重点实验室
基于增量谐波平衡法的高速列车系统振动传递关系分析
Alternative TitleAnalysis on Vibrational Transfer Relations of a High-Speed Vehicle System Using Incremental Harmonic Balance Method
邢云林
Thesis Advisor高福平 ; 刘玉标
2014
Degree Grantor中国科学院研究生院
Place of Conferral北京
Subtype博士
Degree Discipline工程力学
Abstract随着列车运行速度的提高,传统的铁路技术面临着高速度的巨大挑战,铁路列车系统动力学特性的研究也面临着许多新的课题。其中列车系统的高频振动行为与振动传递关系直接关系到乘坐舒适性、结构疲劳与悬挂系统设计,本文旨在研究运行速度提高的情况下列车呈现的较高频率的振动行为及其传递关系。 高速列车系统的自由度数较多,且其内部具有多种强非线性作用力。为了获得轮轨激励下列车的振动行为,面临的问题为求解带有局部非线性的复杂多自由度系统的响应问题。本文采用频响函数矩阵与增量谐波平衡法相结合的方法,求解周期激励下高速列车系统的稳态响应。该方法在考虑系统非线性的多样性与节约计算成本方面具有较大优势。 列车运行速度的提高引起轮轨激励频率提高,同时列车轻量化的发展,列车系统固有频率降低。当二者相互接近,将导致车体弹性振动响应急剧增大。在进行车辆系统动力学分析中必须考虑车体弹性,本文采用刚柔耦合模型分析列车高速运行时的车体响应及列车振动传递关系,研究了车体模态对车体振动的影响,结果表明车体垂弯模态对列车系统振动响应影响较大。 针对轮轨法向接触力的非线性效应,本文利用改进的增量谐波平衡法分析了高速列车系统在轨道谐波不平顺激励下的稳态响应。探讨了轨道不平顺幅值及频率对轮轨接触的影响,并分析了列车受高频轨道谐波不平顺激励下的跳轨现象。结果表明,对应一定的轨道不平顺幅值,存在跳轨临界激励频率,并给出了列车跳轨临界激励频率与轨道不平顺幅值之间的关系。 随着列车速度的提高,列车将产生高频振动,一系悬挂系统质量与动态特性将对列车振动响应产生较大的影响。当激励频率与悬挂系统固有频率接近时,悬挂系统振动将使列车系统响应加剧。传统的列车系统动力学理论中一系悬挂采用静态弹簧模型,而静态弹簧模型在分析高频振动时将会产生较大误差。本文通过建立一系悬挂系统动态模型,分析了悬挂系统基频、阻尼等参数对列车高频振动响应及传递关系的影响。结果表明一系悬挂系统的动态效应对列车高频振动响应影响显著,研究成果可为高速列车悬挂系统设计提供指导。 一系悬挂弹簧具有非线性硬化性质,本文采用了三次非线性刚度模拟一系悬挂弹簧刚度。分析了非线性硬化刚度、系统阻尼比以及激励幅值对列车系统振动响应及传递关系的影响。分析结果表明:弹簧的非线性硬化性质使轮对至转向架的隔振效果变差,且当轮轨激励频率、一系悬挂弹簧固有频率、弹性车体结构固有频率相互接近时,可使列车系统出现内共振现象,即一系弹簧固有模态振动与车体高阶固有模态振动相互耦合作用,振动能量在两个模态之间传递,车体振动响应加剧。 本文工作的创新点在于以下几个方面: 1. 在增量谐波平衡法中引入频响函数,求解周期激励下的高速列车系统的稳态响应,该方法可缩减列车系统中线性子系统的自由度,大幅降低计算代价; 2. 建立考虑车体弹性的刚柔耦合模型,分析列车较高频段的振动响应及传递特性; 3. 考虑一系悬挂弹簧动态效应,分析弹簧动态特性对列车系统响应及传递关系的影响,分析一系悬挂弹簧的非线性所导致的列车系统内共振现象。 关键词:增量谐波平衡法,频响函数,多柔体系统动力学,列车振动传递关系,内共振。
Call Number31145
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/48931
Collection流固耦合系统力学重点实验室
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GB/T 7714
邢云林. 基于增量谐波平衡法的高速列车系统振动传递关系分析[D]. 北京. 中国科学院研究生院,2014.
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