Analysis on Vibrational Transfer Relations of a High-Speed Vehicle System Using Incremental Harmonic Balance Method

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

Identification of Cross-section Loads Based on Measured Strain of Missile Body

如何通过实弹试验中测量的导弹弹体应变数据获得弹体截面等效载荷是型号设计部门面临的研究课题。引入一种数值反演方法,利用导弹试验过程中实测弹体表面应变数据实现弹体截面总体载荷识别。为解决实际测量过程中可能出现的数据坏点对识别结果的干扰,提高载荷识别的可靠性,提出基于线性相关性理论的测量数据坏点剔除方法,设计验证试验,检验识别方法的精度和可靠性。试验结果表明:该识别方法简单易行,且具有很高的识别精度与工程应用价值

半硬式飞艇结构有限元计算及试验验证

本文通过半硬式飞艇模型试验与飞艇结构有限元计算模拟结果的对比分析,给出了半硬式飞艇模型支撑骨架应变和蒙皮径向位移随内部压力的变化规律。试验结果显示,随飞艇内部压力增大,蒙皮产生应力刚化,导致蒙皮位移、骨架应变随内压的增长速度变慢的这一非线性现象。同时计算与试验结果对比分析表明,有限元计算模拟方法有相当好的计算精度

土壤介质振动传递特性模型试验及实测研究

设计了一个土壤介质振动传递试验模型,测量得到了振动加速度响应随距离、激励力大小以及激励频率的变化规律。试验结果表明,响应随距离的增大而减小,随激励力的增大而增大,随激励频率的增大而增大。同时对北京地铁十三号线太阳园段进行振动测量,实际测量结果与模型实验测量结果对比分析表明,土壤介质振动传递试验模型可以很好的反应轨道交通振动的传递特性

定常横风作用下高速列车的安全性分析

基于空气动力学理论,建立高速列车空气动力学模型,计算不同运行速度下高速列车在明线运行和明线横风场景下的气动力荷载。同时采用多体系统动力学理论,建立车辆多体动力学仿真模型。将气动荷载导入车辆仿真模型,计算在无横风和有横风条件下,列车以不同速度行驶时的车辆动力学响应及其安全性指标。获得在无横风和有横风条件下高速列车运行安全性随速度的变化规律。研究结果表明,横风作用将对列车的安全运行构成极大的威胁。参照有关高速列车运行安全性评定标准,给出15 m/s横风风速下高速列车安全运行的速度限值

Internal resonance vibration induced by nonlinearity of primary suspension system in high-speed vehicle system

This paper studies the phenomenon of internal resonance in high-speed vehicle system under high frequency periodic excitations. A numerical model of the vehicle system taking into consideration the dynamic effects of the primary suspension system and the flexibility of the car-body is established for the study. An approximate approach incorporating the incremental harmonic balance method with frequency response function is adopted to solve the dynamic responses of the vehicle system in frequency domain. Numerical results show that internal resonance vibration in the vehicle system may occur with certain combinations of design parameters of the vehicle system. The vibration of the car-body and the primary suspension system are significantly amplified with energy transmitted between the natural modes of the car-body and the primary suspension system. Parametric studies on the internal resonance are further explored. Results show that the nonlinearity of the primary suspension spring and the modal damping ratio of the vehicle system play very important roles to the occurrence of internal resonance