动力稳定车转向架中心销接触动力学研究

论文摘要

中心销总成系统是动力稳定车车架与转向架的连接装置,起着承受稳定车车体自重和牵引车体运动的作用。上下关节轴承作为中心销总成系统最为关键的部件,其上部向心关节轴承承受牵引力载荷,下部推力关节轴承承受车体自重。向心、推力关节轴承的组合运用,使得车架相对于转向架有各个方向的偏转和摆动,有助于稳定车在各种复杂线路上运行。研究上下关节轴承动态性能和响应状况,为中心销总成系统的改进和完善提出理论依据,为动力稳定车的进一步研究奠定基础。本文结合有限元软件ABAQUS,利用有限元法对关节轴承接触非线性数值直接求解和等效刚度求解进行深入分析。首先对稳定车通过稳定装置产生周期性水平激振力的稳定作业和考虑轨道随机振动的高速走行两种工况,进行关节轴承接触非线性问题研究,关节轴承内外圈接触简化为非经典接触力学,进行接触非线性数值法求解,结合软件建立有限元接触非线性动力学分析模型,非线性接触理论为中心销总成系统动态性能和响应状况的分析提供直接求解方法。其次对稳定作业和考虑轨道随机振动的高速走行两种工况建立等效刚度有限元动力学分析模型,在关节轴承内外圈之间设置多对弹簧单元,弹簧等效刚度值和阻尼值代替内外圈的接触关系,施加工况载荷,获得关节轴承动力响应分析结果。等效刚度法作为中心销总成系统接触动态特性分析的等效转换方法,为进一步研究大规模系统动力学建模提供新的手段。分析结果表明,本论文对中心销总成系统在稳定作业和高速走行工况下,采用接触非线性数值直接求解和等效刚度求解两种方法分析动力学问题是可行的。接触非线性数值直接求解真实模拟工作环境,但建模困难,计算工作量大,对于大规模建模分析比较困难；等效刚度分析方法简化建模过程,运行效率更高,位移、速度、加速度等动力响应输出参数与接触非线性求解法分析结果相吻合,该求解方法是可行的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 综述
• 1.1 问题提出
• 1.2 关节轴承的特点及分类
• 1.2.1 关节轴承特点
• 1.2.2 关节轴承分类
• 1.3 关节轴承研究现状
• 1.3.1 关节轴承发展历程
• 1.3.2 关节轴承寿命计算及摩擦特性研究
• 1.3.3 关节轴承接触力学性能研究
• 1.3.4 关节轴承刚度研究
• 1.4 论文研究内容及方法
• 1.5 本章小结
• 第二章 接触问题与等效刚度的理论基础
• 2.1 接触问题理论分析
• 2.1.1 接触问题模型
• 2.1.2 接触有限元算法
• 2.2 ABAQUS接触理论
• 2.2.1 ABAQUS接触功能介绍
• 2.2.2 ABAQUS接触算法
• 2.2.3 ABAQUS接触属性
• 2.3 等效刚度理论分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 关节轴承受力分析与接触有限元建模
• 3.1 关节轴承载荷模型分析
• 3.1.1 垂向静态载荷模型计算
• 3.1.2 水平激振力载荷模型计算
• 3.1.3 径向牵引力载荷模型计算
• 3.1.4 动力学建模分析
• 3.2 关节轴承有限元模型的建立
• 3.2.1 有限元分析软件的选择
• 3.2.2 主要参数的确定
• 3.2.3 几何模型的建立
• 3.2.4 三维实体网格的划分
• 3.2.5 边界条件与载荷的确定
• 3.2.6 接触关系的建立
• 3.3 本章小结
• 第四章 关节轴承接触非线性分析
• 4.1 中心销总成系统模态分析
• 4.2 稳定车高速走行关节轴承接触分析
• 4.3 稳定车稳定作业关节轴承接触分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 轨道载荷模型分析
• 5.1 轨道不平顺形式
• 5.1.1 轨道垂向不平顺
• 5.1.2 轨道水平不平顺
• 5.1.3 轨道方向不平顺
• 5.1.4 轨距不平顺
• 5.2 轨道不平顺功率谱分析
• 5.2.1 轨道不平顺功率谱密度函数
• 5.2.2 功率谱密度函数空间域与时间域的转化
• 5.2.3 轨道不平顺功率谱数值模拟方法
• 5.2.4 轨道不平顺功率谱的MATLAB数值模拟分析
• 5.3 轨道载荷模型响应分析
• 5.3.1 轨道不平顺功率谱密度值的确定
• 5.3.2 轨道谱随机振动有限元分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 关节轴承等效刚度分析
• 6.1 关节轴承等效刚度理论分析
• 6.2 关节轴承高速走行等效刚度分析
• 6.3 关节轴承稳定作业等效刚度分析
• 6.4 结果讨论
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 论文存在的问题及展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A
• 附录B 攻读学位期间发表论文目录及参与项目