车辆动力学读书报告.docx

1、车辆动力学读书报告一、 二十篇文献目录及摘要1. 池茂儒，蒋益平，张卫华，王勇.长大重载列车系统动力学交通运输工程学报2011(3)摘要:利用循环变量法解决了长大重载列车的自由度难题, 考虑了列车纵向、横向和垂向性能之间的耦合关系, 建立了长大重载列车三维空间耦合动力学模型, 分析了牵引、制动和惰行工况下的长大重载列车在直线轨道、曲线轨道和坡道上的动力学性能。仿真结果表明:在牵引工况下, 列车头部和尾部车辆比列车中部车辆的动力学性能差;在制动工况下, 列车中部车辆比列车头部和尾部车辆的动力学性能差;在惰行工况下, 列车不同位置车辆的动力学性能差别较小;在曲线轨道上,3 种工况对列车动力学性能影

2、响最大, 所以应尽量以牵引、制动工况通过直线轨道, 以惰行工况通过曲线轨道。2.蒋益平.重载列车牵引制动系统动力学研究西南交通大学.2010 目录：摘要6-7Abstract7-11第1章 绪论11-191.1 论文选题背景和研究意义11-141.2 列车动力学研究现状14-161.3 牵引制动动力学研究现状16-181.4 论文主要工作18-19第2章 基于循环变量的模块化建模和求解方法19-302.1 列车动力学研究方法的发展19-202.2 基于循环变量的模块化建模方法20-232.2.1 传统动力学建模存在的局限性20-212.2.2 基于循环变量的模块化建模方法的思路21-232.3

3、 三维空间耦合列车动力学仿真的优点23-242.4 仿真软件正确性验证24-292.4.1 重载货车单车模型验证24-272.4.2 重载列车模型验证27-292.5 本章小结29-30第3章 列车空气制动理论及仿真软件30-403.1 国内外列车空气制动系统研究现状30-313.2 列车空气制动系统理论31-353.2.1 列车空气制动系统数学模型31-323.2.2 气体流动基本方程32-333.2.3 数学方程的求解方法33-343.2.4 边界条件34-353.3 重载列车运行仿真系统35-373.4 三维耦合动力学仿真系统联合仿真37-393.5 本章小结39-40第4章 重载列车牵

4、引和制动分析40-894.1 重载列车直线线路牵引制动动力学性能40-584.1.1 列车直线线路牵引动力学性能40-424.1.2 列车直线线路制动动力学性能42-494.1.3 列车直线线路惰行动力学性能49-504.1.4 列车直线线路不同牵引力牵引时动力学性能比较50-524.1.5 组合重载列车牵引制动动力学性能52-584.1.6 不同编组辆数在直线线路制动时动力学性能584.2 重载列车曲线线路牵引和制动工况分析58-644.2.1 曲线对列车动力学性能的影响58-604.2.2 列车牵引通过曲线时动力学性能60-624.2.3 列车惰行通过曲线时动力学性能62-634.2.4

5、列车在曲线线路上牵引制动工况对比63-644.3 重载列车坡道牵引和制动工况分析64-754.3.1 坡道对列车动力学性能的影响64-664.3.2 上坡道牵引时的动力学性能66-674.3.3 下坡道惰行时的动力学性能67-694.3.4 下坡道制动时的动力学性能69-704.3.5 下坡道混合制动时的动力学性能70-724.3.6 下坡道缓解时的动力学性能72-754.4 空重车混编牵引制动工况分析75-884.4.1 空重车混编牵引运行时的动力学性能75-804.4.2 空重车混编制动时的动力学性能80-884.5 本章小结88-89结论89-90致谢90-91参考文献91-95摘要：重

6、载运输是除高速以外,铁路现代化的又一个标志。发展铁路重载运输得到世界上越来越多国家的重视,已被国际上公认为铁路货运发展的方向。20世纪80年代,我国修建了第一条电气化重载铁路大秦线,在此之后重载运输在我国得到了快速发展。 随着重载列车编组的扩大、列车重量增大,长度增加,轴重增大和运营速度的提高,列车运行中的牵引力及制动力加大,制动波传递时间加长,各种与牵引和制动特性相关的安全事故频发,已经严重影响重载列车的安全运行,因而对长大重载列车牵引和制动动力学进行系统的研究,对于确保长大重载列车运输系统的行车安全具有非常重大的意义。而目前对牵引和制动动力学的研究都集中在纵向动力学方面,没有对其垂向和横向

7、动力学的研究,所以很有必要展开对牵引和制动纵向、横向和垂向综合考虑的系统动力学研究,这也正是本文的研究目的。此外,目前列车动力学仿真中普遍采用等波速传播的空气制动特性,没有考虑空气制动的动态制动特性,因而会造成较大的误差。 针对传统列车动力学研究中出现的自由度众多,难于计算处理等局限以及动力学仿真中采用等波速制动特性带来的误差,本文运用基于循环变量的模块化建模及数值求解方法结合基于空气流动理论的空气制动仿真系统对重载列车牵引和制动动力学做了较为系统的研究,主要从以下几个方面进行分析： (1)重载列车牵引和制动对动力学影响的基本原理； (2)重载列车在直线、曲线和坡道上牵引、惰行和制动时的动力学

8、性能； (3)分析比较在牵引和制动工况下机车不同组合编组时纵向冲动的差异,确定机车最佳组合方式 (4)分析比较在牵引和制动工况下空重车混合编组时空车编组在不同位置时动力学性能,确定空车最佳编组位置。 通过对重载列车牵引和制动系统动力学的全面分析,初步揭示了其与线路、编组和操纵方式之间的相互作用关系,反映了重载列车运行过程中的动态运行行为。3. 田光荣.重载列车系统动力学研究.西南交通大学.2009目录：摘要6-7Abstract7-11第1章 绪论11-181.1 铁路重载运输的发展11-141.1.1 国外重载运输发展现状11-131.1.2 国内重载运输发展现状13-141.2 列车动力学

9、的研究发展及其现状14-161.2.1 国外研究现状14-151.2.2 国内研究现状15-161.3 论文选题背景及研究意义16-171.4 论文主要工作171.5 本章小结17-18第2章 列车动力学研究方法及相关理论18-232.1 铁路车辆多体系统动力学概述18-192.2 列车动力学建模及求解新方法19-222.2.1 概述192.2.2 基于循环变量的模块化建模方法的思路19-222.2.3 三维空间耦合列车动力学仿真的优点222.3 本章小结22-23第3章 列车动力学仿真软件验证23-323.1 重载货车动力学模型及仿真验证23-273.1.1 重载货车计算模型23-263.1

10、.2 重载货车模型仿真计算26-273.2 重载列车动力学模型及仿真验证27-313.2.1 重载列车模型的建立27-303.2.2 重载列车动力学仿真计算30-313.3 本章小结31-32第4章 重载货车动力学分析32-464.1 铁路重载车辆的特点324.2 车辆系统运动方程324.3 动力学性能评定标准32-344.4 重载货车直线运行动力响应分析34-404.4.1 运行平稳性分析34-354.4.2 运动稳定性分析35-384.4.3 运行安全性分析38-404.5 重载货车通过曲线时动力学性能分析40-454.5.1 运行平稳性分析40-424.5.2 运行安全性分析42-454

11、.6 本章小结45-46第5章 重载列车系统动力学研究46-765.1 线路曲线参数对列车动力学性能的影响46-565.1.1 曲线参数对列车动力学性能的影响47-505.1.2 列车动力学性能与曲线位置的关系50-565.2 线路坡道参数对列车动力学性能的影响56-615.2.1 坡度对列车动力学性能的影响57-585.2.2 列车动力学性能与坡道位置的关系58-615.3 列车编组对列车动力学性能的影响61-695.3.1 牵引方式对重载列车动力学性能的影响61-635.3.2 空重车混编对重载列车动力学性能的影响63-685.3.3 列车编组辆数对重载列车动力学性能的影响68-695.4

12、 列车操纵方式对列车动力学性能的影响69-745.4.1 列车纵向冲动机理69-705.4.2 列车操纵方式对列车动力学性能的影响70-745.5 不同匀速工况比较74-755.6 本章小结75-76第6章 列车空气制动系统仿真研究76-906.1 列车空气制动系统研究现状76-786.1.1 国外列车空气制动系统研究现状76-776.1.2 国内列车空气制动系统研究现状77-786.2 列车空气制动系统理论78-846.2.1 列车空气制动系统数学模型78-836.2.2 边界条件83-846.2.3 数学求解方法846.3 列车空气制动系统仿真初步研究84-896.4 本章小结89-90结

13、论90-91致谢91-92参考文献92-99摘要：重载运输是除高速以外,铁路现代化的又一个标志。自20世纪60年代以来,发展铁路重载运输得到世界上越来越多国家的重视。长期以来,铁路运输以其速度快、运量大、安全方便、耗能低等优点在我国交通运输中占据着十分重要的地位。但是,多方面的原因导致我国运能与运量之间的矛盾异常突出。发展重载运输,大幅度提高列车的运载量是解决我国日益激化的铁路货运矛盾的重要途径和根本对策。然而,由于列车重量增加,长度增加,车辆轴重增大,列车运行中的牵引力及制动力加大,制动波传递时间加长,而且列车所占的线路纵横断面比较复杂,因此,重载列车的受力情况远比一般列车复杂。列车的冲动、

14、断钩、脱钩、脱轨,以至货物及车辆设备损坏增多、线路变形及养护维修工作量增大、轮轨磨耗加剧等,已成为重载铁路运输中的突出问题。 重载列车系统动力学是随着重载列车的发展而建立起来的,其研究对象是重载列车在线路上运行时的动态行为特性,研究目的是分析重载列车在运行过程中机车车辆与线路、列车中机车车辆之间相互关系和相互作用,并寻求合理措施来改善他们之间的动态相互关系,降低其有害作用,保证重载列车运行安全可靠。重载列车系统动力学研究的问题比较多,涉及面广,有机车的、车辆的、线路的各种问题,还有列车编组的、机车配置的以及机车操纵等方面的问题。 本文首先以作为列车构成的基本要素的重载货车为对象,分析了车辆结构

15、或特性参数对车辆动力学性能的影响规律。接着,针对传统列车动力学研究中出现的自由度众多,难于计算处理等局限,本文运用基于循环变量的模块化建模及数值求解方法对重载列车动力学做了较为系统的研究,主要从以下几个方面进行分析: (1)重载列车与线路之间的相互作用和相互关系,具体而言包括直线、曲线、坡道以及由三者构成的空间曲线; (2)重载列车动力学性能与编组之间的关系,具体而言涉及编组辆数、机车配置以及空重车混编等方面; (3)重载列车机车操纵与系统动力学之间的密切关系,具体分析列车加速、匀速(包括理想匀速、均衡匀速)和减速之间的关系; (4)重载列车空气制动系统初步仿真研究,主要分析列车空气制动系统中

16、空气传播特性以及多种参数对制动性能的影响规律。 经过初步分析,系统反映了重载货车结构和特性参数对动力学性能的影响规律;通过对重载列车系统动力学的全面分析,初步揭示了其与线路、编组和操纵方式之间的相互作用关系,反映了重载列车运行过程中的动态运行行为。4. 周清跃,田常海,张银花,常崇义,侯茂锐.CRH_3型动车组构架横向失稳成因分析.中国铁道科学.2014(6)摘要：针对高速动车组因其构架横向加速度超限(简称构架横向失稳)而报警的问题,以武广高速铁路为对象,分析和研究CRH3型动车组构架横向失稳的成因。结果表明:车轮踏面磨耗、部分地段钢轨轨面出现宽光带和双光带(轮轨接触不良)而导致轮轨接触时的等

17、效锥度偏大,是造成动车组在该地段发生构架横向失稳的主要原因;当车轮踏面凹磨达到0.5 mm、轮轨接触光带宽度大于50 mm时,其等效锥度达到0.50.7,易发生构架横向失稳;加大轨距,减少车轮踏面凹磨,严格按设计廓形打磨钢轨,以及使用新廓形钢轨60N,均可有效改善轮轨接触关系,控制轮轨等效锥度的增大。5. 高浩.车辆系统刚柔耦合动力学仿真方法及仿真平台研究.西南交通大学.2013目录：摘要6-7Abstract7-13第1章 绪论13-251.1 研究背景及意义13-141.2 多体系统动力学研究现状14-191.2.1 多体系统动力学建模及求解14-161.2.2 柔性体描述方法16-181

18、.2.3 刚柔耦合建模技术研究进展18-191.3 车辆系统动力学发展现状19-211.3.1 车辆系统动力学模型的发展19-201.3.2 车辆系统动力学仿真软件20-211.4 柔性轮对建模方法研究进展21-221.4.1 轮轨接触点算法21-221.4.2 柔性轮对动力学研究221.5 本文主要研究内容及论文结构安排22-25第2章 车辆系统刚柔耦合动力学理论25-522.1 一般多体系统动力学26-352.1.1 刚体和柔性体空间描述26-292.1.2 质量矩阵29-302.1.3 力元描述30-332.1.4 运动约束描述33-352.1.5 系统微分代数方程组352.2 轨道空间

19、几何描述35-392.2.1 曲线框架描述35-372.2.2 线路过渡段描述37-382.2.3 过渡点平滑38-392.3 车辆系统刚柔耦合动力学39-502.3.1 轨道坐标系定义39-412.3.2 基于轨道坐标系的刚体描述41-432.3.3 基于轨道坐标系的刚柔耦合描述43-442.3.4 基于轨道坐标系的力元描述44-462.3.5 基于轨道坐标系的约束描述46-472.3.6 车辆系统刚柔耦合动力学方程47-482.3.7 高速列车动力学建模48-502.4 本章小结50-52第3章 柔性轮对刚柔耦合仿真方法研究52-633.1 拉格朗日描述的柔性轮对刚柔耦合模型52-563.

20、1.1 轮对刚柔耦合方程52-543.1.2 轮对刚柔耦合仿真中的实际问题54-563.2 ALE描述的轮对刚柔耦合模型56-623.2.1 任意拉格朗日欧拉描述56-583.2.2 柔性轮对动力学方程58-623.3 本章小结62-63第4章 轮轨接触关系及算法研究63-1014.1 轮轨接触几何计算64-794.1.1 轮轨接触迹线计算66-684.1.2 分区段搜索法求解接触点68-744.1.3 柔性轮对轮轨接触点算法74-784.1.4 柔性轮对等效接触点算法78-794.2 轮轨接触几何修正79-934.2.1 等效椭圆法接触参数修正79-824.2.2 准弹性模型接触参数触修正8

21、2-874.2.3 接触参数平滑处理方法87-934.3 轮轨力计算93-994.3.1 基于赫兹理论的轮轨法向力计算93-964.3.2 轮轨蠕滑率计算96-984.3.3 轮轨蠕滑力计算98-994.4 本章小结99-101第5章 车辆系统刚柔耦合动力学仿真平台101-1365.1 车辆系统动力学仿真平台101-1065.2 刚柔耦合模块开发106-1165.2.1 刚柔耦合动力学软件功能模块106-1075.2.2 模态集的选取及系统方程正交化107-1115.2.3 惯性定常项计算111-1125.2.4 应力和应变模态叠加法112-1135.2.5 有限元结果文件输出113-1155

22、.2.6 刚柔耦合程序开发115-1165.3 轮轨接触模块开发116-1175.3.1 轮轨接触几何处理类116-1175.3.2 轮轨接触力处理类1175.3.3 柔性轮对处理类1175.4 车辆系统动力学仿真结果及平台验证117-1345.4.1 多刚体车辆动力学仿真及模型验证117-1255.4.2 一般刚柔耦合模型验证125-1295.4.3 车辆系统刚柔耦合仿真及模型验证129-1345.5 本章小结134-136第6章 车辆系统刚柔耦合动力学性能分析136-1666.1 柔性车体刚柔耦合仿真136-1396.1.1 柔性车体稳定性分析136-1376.1.2 柔性车体平稳性分析1

23、376.1.3 不同耦合方式对比137-1396.2 柔性构架刚柔耦合仿真139-1426.2.1 柔性构架曲线通过安全性分析139-1406.2.2 柔性构架对三角坑线路的响应分析140-1426.3 柔性轮对刚柔耦合仿真142-1646.3.1 轮对弹性变形分析142-1486.3.2 刚性轮对和柔性轮对仿真对比148-1536.3.3 柔性轮对轨道压溃动力响应分析153-1576.3.4 柔性轮对轨道波磨动力响应分析157-1596.3.5 柔性轮对短波不平顺响应分析159-1646.4 本章小结164-166结论与展望166-169致谢169-170参考文献170-179攻读博士学位期

24、间发表的论文及科研成果179-181附录A181-187摘要：高速列车的高速化运营和轻量化设计导致车辆系统的主要结构部件弹性振动加剧,而高频的弹性振动会引起诸多问题,如车体地板抖动导致车辆平稳性和乘坐舒适度恶化,构架高频振动引起结构疲劳破坏,轮对高频振动产生噪声污染和不均匀磨耗等。在研究车辆动力学行为对结构弹性振动特性的相互影响时,需要采用多体系统动力学理论,建立车辆系统刚柔耦合模型。目前进行刚柔耦合仿真主要依赖通用多体动力学软件完成,但对于特殊的仿真需求,如计算结构动态应力、考虑轮对弹性的刚柔耦合仿真等,商业软件实现过程比较复杂,甚至无法实现。为此本文对车辆系统刚柔耦合动力学理论和车辆动力学

25、平台的相关技术进行研究,建立车辆系统刚柔耦合仿真平台。具体的研究内容主要包括以下几个方面： (1)详细研究了一般多体系统刚柔耦合动力学理论,并在此基础上引入轨道坐标系,推导了基于轨道坐标系的车辆系统刚柔耦合动力学方程。研究了基于车辆子结构的列车建模方法。 (2)在传统迹线法的基础上,提出了分区段接触点搜索算法用于处理轮轨多点接触问题。采用轮轨接触几何修正和多层平滑的方法对轮轨接触参数进行平滑处理,确保仿真计算的稳定性。 (3)开发了多刚体动力学仿真平台,在此基础上增加了柔性体前处理模块、刚柔耦合模块、轮轨接触模块等,形成了车辆系统刚柔耦合动力学仿真平台。建立了多刚体车辆动力学模型,一般多体刚柔

26、耦合模型和车辆系统刚柔耦合动力学模型等多种模型,并设计多种工况对仿真平台进行验证,结果证明了该仿真平台的正确性和可靠性。 (4)研究了拉格朗日描述的轮对刚柔耦合方程,以及由于轮对大角度旋转带来的编程困难。为了解决轮对刚柔耦合仿真的困难,推导了基于任意拉格朗日-欧拉法(ALE)法的轮轨刚柔耦合方程,并设计了考虑轮对弹性的轮轨接触点计算方法。 (5)在本文搭建的车辆系统刚柔耦合仿真平台上建立了车辆系统刚柔耦合动力学模型,分析了柔性车体、柔性构架和柔性轮对的弹性振动及其对动力学性能的影响。6. 李煜.车轮磨耗对车辆动力学性能影响研究.大连交通大学.2014目录：摘要5-6Abstract6-9第一章

27、 绪论9-141.1 本研究课题的背景及意义91.2 国内外研究进展9-131.2.1 国外研究现状9-101.2.2 国内研究现状10-131.3 本文主要研究内容13本章小结13-14第二章 轮轨稳态接触分析14-292.1 磨耗前后的LMA踏面14-162.1.1 LMA磨耗型踏面14-152.1.2 磨耗后的LMA踏面152.1.3 同相磨耗与反相磨耗15-162.2 轮轨几何接触16-202.2.1 轮对滚动圆半径差16-172.2.2 轮对等效锥度17-182.2.3 轮轨滚动接触点18-202.3 轮轨非赫兹滚动接触分析20-272.3.1 轮轨滚动接触斑面积20-222.3.2

28、 轮轨滚动接触应力22-242.3.3 轮轨滚动摩擦功24-262.3.4 轮轨蠕滑力26-27本章小结27-29第三章 车辆动力学模型29-323.1 SIMPACK软件介绍293.2 车辆动力学模型29-31本章小结31-32第四章 车轮磨耗对车辆动力学性能的影响32-764.1 车轮磨耗对车辆直线运行性能的影响32-424.1.1 临界速度32-334.1.2 轮对横向振动加速度33-364.1.3 轮对动态横移量36-394.1.4 轮轨接触磨擦功率39-424.2 车轮磨耗对车辆通过曲线时动力学性能的影响42-744.2.1 轮对动态横移量43-584.2.2 轮轨横向力58-654

29、.2.3 轮轨接触磨擦功率65-74本章小结74-76结论76-77参考文献77-79攻读硕士学位期间发表的学术论文79-80致谢80摘要：随着我国列车运行速度的提高,轮轨之间的作用力增大,轮轨磨耗更加严重,导致车辆动力学性能恶化,影响车辆运行的稳定性、安全性和乘坐舒适性。因此,车轮磨耗及其对车辆动力学性能影响的研究,以及踏面镟修策略的研究对减轻轮轨损伤,改善车辆动力学性能,提高铁路运输的经济效益和社会效益具有重要意义。 本文利用磨耗后的踏面数据,结合动力学模型,对车轮磨耗前后车辆的直线运行临界速度以及曲线通过时的动力学参数进行计算。为综合分析车轮磨耗的影响,选取同一轮对在不同运行里程下的踏面

30、数据设计踏面,分别对不同磨耗程度的踏面进行稳态接触分析,而动力学性能分析主要针对临界速度以及通过理想曲线时的性能。直线动态接触分析,主要从轮对横向振动加速度、轮对动态横移量以及接触摩擦功率三方面来分析车轮磨耗对其性能的影响。曲线动态性能分析过程,是通过无轨道不平顺的理想曲线,分析参数有轮对动态横移量、轮轨横向力及轮轨接触摩擦功率。 通过轮轨接触几何计算可以知道,在轮对较小横移量下滚动圆半径差略有增大,在轮对发生较大横移时滚动圆半径差没有及时增大,不能遏制横移量的增加；车轮磨耗后等效锥度发生变化,甚至出现负等效锥度,对车辆运行不利；磨耗后的车轮轮轨接触点不再均匀分布,且出现多次跳跃,不利于轮轨平

31、稳接触。 通过各动力学参数的比对分析,可以知道,车轮磨耗之后,车辆在直线上的临界速度大幅度减小,随着车轮磨耗量的增大,临界速度先减小,后小幅上升。车辆在直线线路上运行时的横向振动加速度、轮对动态横移量变化不大,轮轨接触摩擦功率的最大值明显均增大。在曲线线路上,轮对动态横移量、轮轨横向力和接触摩擦功率均增大。不论是在直线还是曲线上,同相磨耗均比反相磨耗的影响更大。7. 黎松奇.弹性轨道上磁浮车辆动力稳定性判断方法.交通运输工程学报.2015(1)摘要：分析了EMS型磁浮车辆的动力稳定性,建立了简化的车轨耦合振动系统动力学模型,推导了轨道各模态单独作用下系统的时变线性化动力学方程。通过对方程的化简,得到系统状态矩阵和特征方程的相关系数,根据系统渐进稳定条件下系数之间的关系,推导了系统动力稳定应满足的基本条件,并给出了快速判断动力稳定性的判据。当判据值大于1时,系统稳定;当判据值小于1时,系统不稳定。研究结果表明:当6种工况的速度分别为100、1