摘要：随着圆曲线钢箱梁桥在城市交通中的应用愈发广泛,为探究其在中低速磁浮车辆运行作用下的振动响应特性,基于多体动力学和有限元方法建立车辆-轨道-钢箱梁刚柔耦合动力学模型,采用动态电磁阻尼力影响的二维磁轨关系,并考虑轨道关键部件的参振作用,分析圆曲线段钢箱梁的振动特性,探讨钢箱梁板厚、车辆速度及车体质量对钢箱梁振动响应的影响。结果表明:受曲率影响,钢箱梁在发生弯曲的同时亦会伴生扭转,产生弯扭耦合振动;钢箱梁的振动主要由10~20 Hz的钢箱梁整体弯曲振动、30~40 Hz的钢箱梁扭转振动以及50~70 Hz的轨道局部振动引起;计算得到的钢箱梁跨中横向及垂向最大挠度分别为1.26 mm、3.88 mm,均满足相关标准要求,钢箱梁具有足够的支撑刚度;各工况下的垂向加速度均未超过5.0 m/s^(2)的限值,且最高达到2.2 m/s^(2);在板厚10 mm以及超员载荷工况下,横向加速度大多超过1.4 m/s^(2)的限值,且最高达到4.0 m/s^(2);车辆速度的减小和车体质量的增加均会放大弯扭耦合作用影响,而板厚的增加则能够有效降低弯扭耦合作用影响,当板厚由10 mm增至40 mm时,一阶横弯及扭转频率对应振幅分别减小94.3%、98.7%。

摘要：受电弓的非定常气动特性严重影响受电弓和接触网之间的受流性能。基于计算流体动力学理论,采用分离涡模拟(DES)方法对受电弓高速运行在有无横风环境下的气动特性进行数值模拟。对受电弓周围流场以及气动力特性进行对比研究。数值计算结果通过了风洞试验数据验证。研究结果表明:受电弓受到的气动力具有非常显著的非定常特性;无风环境下受电弓周围流场近似成对称分布,横风会破坏流场的对称性,漩涡向气流背风侧迁移,受电弓表面漩涡脱落的速度和强度增加,且向下游发展的速度以及破碎的速度加快。受电弓框架系统的气动力波动受横风的影响最大,其次为弓头;横风下,受电弓各部件功率谱密度的频率分布更广,弓头的脉动升力具有明显的主频特性,且滑板对此主频的贡献量最大。

摘要：以铁路货车用HDSA车轮为研究对象,采用MSC Marc软件建立车轮模锻有限元模型,模拟分析原预锻工艺及模具条件下车轮模锻成形过程中金属的流动及变形力,研究预锻闭模间隙对终锻轮辋充满度及锻压力的影响,进而考察预锻模具结构尺寸对终锻的影响,优化闭模间隙及预锻模腔结构。结果表明:在原预锻工艺及模具结构尺寸下,终锻结束轮毂完全充满,轮辋型腔上下角部充满度较差;减小预锻闭模间隙可使预锻压力显著增大并使终锻时轮辋金属更多流向轮缘,轮辋上部的圆角充满度降低,限于预锻压力机的能力,原预锻模具结构下预锻闭模间隙的可调整空间小,通过调整闭模间隙改善终锻轮辋内圆角部位填充效果有限;减小预锻模具的轮辋型腔内径可显著减小预锻压力,利于提高终锻后轮辋上部圆角的充满度,且对终锻压力没有明显影响;增加预锻轮辋型腔的高度也能一定程度降低预锻压力,提高终锻后轮辋上部圆角的充满度,但会显著增大终锻压力。综合考虑,减小预锻模具轮辋型腔内径是优选方案,但还需考虑终锻模具轮辋型腔尺寸,两者不能差异过大。

摘要：抗侧滚刚度是抗侧滚扭杆系统(下称扭杆系统)设计时参考的重要参数,刚度的准确计算可有效保证扭杆产品符合性能要求。为解决目前抗侧滚刚度传统理论计算方法精度不足、有限元刚度计算方法计算速度慢的问题,基于扭杆系统各构件的变形状态、互等定理及叠加原理等,提出一种适用于直扭杆式扭杆系统的改进刚度理论计算方法,方法考虑扭杆轴扭转及弯曲变形、支撑座球铰扭转及径向变形和连杆及橡胶节点变形对车体抗侧滚刚度的影响。采用传统方法、改进方法、有限元方法对某型扭杆系统进行刚度计算,并通过刚度测试试验对上述三种方法精度进行验证。结果表明,提出的改进理论计算方法较传统方法考虑变形因素更贴近实际,计算精度有较大地提高;同时较有限元方法免去大量前处理设置,有效缩短计算、设计周期;为设计人员提供一种计算精度高、速度快的扭杆系统抗侧滚刚度计算的补充方案。

摘要：针对轨道车辆实际线路运行中振动状态的测量问题,提出了一种根据滑模理论算法设计的滑模观测器,利用可测振动数据对车辆振动状态实时估计的方法。建立简化轨道车辆横向动力学模型,基于该简化横向模型设计出具有鲁棒性的滑模观测器,通过实时测量构架的横移速度及摇头角速度,估计其横向振动位移以及车体横向振动状态。为了验证该观测器的有效性,利用SIMPACK动力学软件建立具有54自由度的某型国内高速列车整车仿真模型,通过动力学计算对其实际运行过程进行仿真,利用该方法得到的车体振动状态估计值与仿真结果进行对比。结果表明直线工况下车体的横向振动速度和位移通过观测器估计精度较高,而曲线上车体横向振动速度精度能满足要求,研究表明了所提出的滑模观测器的科学性与可行性。

摘要：长期以来,车辆和轨道一直被分离成两个相对独立的子系统加以研究,形成了经典的车辆动力学、轨道动力学理论体系.现代铁路客运高速化、货运重载化,导致日益突出的车辆与轨道动态相互作用及其安全问题.因此,需要突破子系统研究框架,从整体大系统角度综合研究车辆-轨道相互作用机制,实现整体系统动力性能最优设计.车辆-轨道耦合动力学理论体系应运而生,在吸纳车辆动力学、轨道动力学理论成果的基础上,通过建立新型轮轨空间动态耦合模型,将车辆子系统与轨道子系统耦合成一个相互作用的整体大系统.本文概要介绍车辆-轨道耦合动力学理论的形成过程,重点阐述其学术思想、理论模型及其最新发展,在此基础上介绍基于该理论而形成的车辆与线路动态性能最佳匹配设计原理,最后选取若干典型工程案例,介绍该理论在中国铁路大发展中的应用实践情况.

摘要：针对高速铁路轮轨系统高频冲击、摩擦温升和塑性变形等服役条件与力学性能需求,采用Gleeble-3800试验机和分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB)研究了宽温度(293~873 K)和宽应变率(0.001~2400 s^(–1))范围内高速动车组D2车轮钢的单轴压缩力学性能,分析了其应力-应变响应的应变率敏感性和温度依赖性,揭示了率温耦合作用下D2车轮钢的压缩变形机理与微观组织演化规律,构建了可准确表征D2车轮钢塑性流动行为的修正Johnson-Cook模型.结果表明, D2车轮钢的压缩力学响应具有明显的应变率强化效应和温度软化效应,且受加工硬化、应变率效应、热软化效应和绝热温升等因素的耦合影响.准静态加载下,温度升高会促进D2车轮钢显微组织的动态再结晶和渗碳体片层的弯折、碎裂,甚至溶解,增强其热软化效应;而动态加载下, D2车轮钢的塑性变形随着应变率的增大而加剧,但温度对材料微观组织演变的影响较小.高应变率下产生的高位错密度、晶粒细化、渗碳体片层间距减小,以及回溶碳原子产生的弥散强化效应使得D2车轮钢在高温下仍能保持良好的力学强度.考虑温度和应变率耦合影响的修正Johnson-Cook模型能够准确地预测D2车轮钢的塑性流动应力-应变响应.研究结果可为高速列车轮轨系统服役安全设计和评估提供指导与参考.

摘要：车轮扁疤是车轮踏面缺陷常见形式之一,会产生较大的轮轨冲击,影响列车运行的平稳性和安全性。该研究建立了三维轮轨滚动接触有限元模型,采用显式有限元法研究了车轮扁疤引起的轮轨冲击力学响应,描述了车轮扁疤冲击钢轨整个过程中轮轨接触状态的变化,着重分析了轮轨材料疲劳损伤与应变率效应对轮轨冲击响应的影响,并讨论了列车速度、扁疤长度、轴重等关键参数的影响规律。结果表明:车轮扁疤引起的最大轮轨垂向接触力约为准静态轮轨垂向接触力的2.6~4.3倍;在研究范围内,轮轨材料疲劳损伤和应变率效应对轮轨垂向接触力、接触斑、接触压力无明显影响,但对von Mises等效应力、纵向应力、垂向应力、横向应力和等效塑性应变影响显著;列车速度、扁疤长度和轴重对轮轨冲击力学响应均有较大的影响。研究结果可为轮轨系统优化设计和列车运行安全提供有益的技术支持。

摘要：考虑高速移动载荷作用下轨道结构的离散轨枕支撑、钢轨剪切变形及转动惯量对轨道振动响应的影响,建立基于Timoshenko梁的双层黏弹性离散支撑轨道振动模型,利用Fourier变换法求解具有周期性支撑的轨道响应,通过与文献中试验结果对比,验证其在固定简谐载荷下计算结果的正确性。研究表明,轨枕的离散支撑使得轨道刚度呈现周期性变化,跨中最小,轨枕上方最大,形成高速轮轨系统的参数激扰;移动载荷作用使轨道系统呈现以速度为变量的共振特性,载荷原点导纳随车速提高先增大后减小,此外,低速时轨道振动响应最大值出现在载荷点位置,随着速度提高,最大轨道振动响应滞后于载荷点;移动载荷使得轨道系统各阶振动主频出现变化:低阶振动主频随速度提高而降低,达到一定速度时降低为0,之后又随速度提高而上升;高阶振动主频也随速度提高而非线性下降;由于移动载荷的多普勒效应,轨枕离散支撑引起pinned-pinned共振和反共振出现上、下分叉,分叉频率偏移量为轨枕通过频率之半。基于Fourier变换法实现高速移动载荷下的轨道振动响应分析,为高速轨道系统设计提供参考。

摘要：准确的构架有限元模型可以为转向架前期设计和后期优化提供保障,从而避免激励与构架模态共振发生事故,但构架有限元建模产生误差是不可避免的。为获得准确的有限元模型,该文章推导了灵敏度矩阵加权算法,基于该算法,以构架模态试验数据为基准,以焊缝区等效弹性模量和主要板材厚度为修正参数,以模态频率和振型MAC(modal assurance criterion)值误差最小化为修正目标,对转向架构架有限元模型进行修正,修正结果显示与频率试验值误差控制在1%以内。另外,研究发现构架MAC值修正效果不明显,仅考虑频率修正项时依然可以获得准确模型。