高速列车车体地板振动特性的研究

论文摘要

我国高速列车已经进入快速发展的阶段,大量时速250、300、350km/h的动车组成功上线运行,高速列车水平已经步入了世界先进行列。高速列车受到了更广泛的重视,人们对高速列车的乘坐舒适性有了更高的要求,而车体地板的振动是影响乘坐舒适性的重要原因之一,在座椅的舒适度研究中占有重要的地位。因此研究地板的振动特性对于座椅舒适度的研究有重要的意义。本论文针对CRH2-300型动车组,对该动车组的M1车进行模态分析和谱分析,得到在特定工况下车体地板的振动特性。首先分析引起高速列车车体地板振动的原因,其中轨道谱是引起车体地板振动的重要激扰源。分析对比国内外轨道谱,并应用MATLAB软件对轨道谱曲线进行处理,得到轨道不平顺功率谱密度曲线。其次,运用ANSYS软件对M1车建立车体模型,并对车体模型进行模态分析,主要研究车体地板的固有频率和振型,本文列出了车体地板前9阶的固有频率和振型。研究在特定工况下车体地板的振动,对M1车体进行谱分析,主要以轨道高低不平顺谱和轨向不平顺谱为例,其他工况分析类似,对车体模型加载轨道谱,得到车体地板上不同位置处节点的位移响应和速度响应,分析得到车体地板振动的敏感频率范围和车体地板的变形。将车体地板分为三部分,在地板的不同位置共取148个节点,提取不同节点对应的频率和位移响应,应用MATLAB软件,对数据进行插值拟合处理,得到不同频率下车体地板振动的三维图,分析研究车体地板不同位置的振动响应情况。通过本论文的研究,得到了高速列车车体地板在特定工况下的振动特性,通过模态分析得到车体地板的固有频率和振型,对车体加载轨道谱激励,得到车体地板的敏感频率范围和位移响应分布。为今后座椅舒适度的研究提供重要的参考依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 课题研究背景及意义
• 1.3 国内外动车组研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 课题研究的主要内容和方法
• 1.4.1 课题研究的主要内容
• 1.4.2 课题研究的主要方法
• 第2章 引起车体地板振动的原因及轨道不平顺功率谱
• 2.1 引起车体地板振动的原因
• 2.1.1 与轨道有关的激振因素
• 2.1.2 与高速列车结构有关的激振因素
• 2.1.3 轮轨间接触
• 2.2 轨道不平顺的描述
• 2.3 轨道不平顺的分类
• 2.3.1 按产生的机理或有无载荷作用分类
• 2.3.2 按不平顺的存在特点分类
• 2.3.3 按轨道不平顺波长分类
• 2.3.4 按激扰方向分类
• 2.4 轨道不平顺功率谱
• 2.4.1 轨道不平顺功率谱的估计
• 2.4.2 美国轨道不平顺功率谱
• 2.4.3 日本轨道不平顺功率谱
• 2.4.4 德国高速铁路上下限轨道谱
• 2.4.5 国内轨道不平顺功率谱
• 2.5 轨道谱曲线的拟合公式
• 第3章 车体限元模型的建立及模态分析
• 3.1 CRH2-300型动车组简介
• 3.1.1 CRH2-300型动车组总体结构及车体结构
• 3.1.2 车体主要尺寸参数
• 3.2 M1车体有限元模型的建立
• 3.2.1 单元选取及材料属性
• 3.2.2 划分网格
• 3.3 模态分析
• 3.3.1 模态分析的基本步骤
• 3.3.2 模态分析
• 3.3.3 地板的固有模态和振型
• 3.4 本章小结
• 第4章 车体地板谱分析
• 4.1 谱分析概述
• 4.1.1 谱分析的类型
• 4.1.2 谱分析的相关概念
• 4.1.3 谱分析的基本步骤
• 4.2 车体地板谱分析
• 4.2.1 功率谱密度曲线的拟合
• 4.2.2 地板上节点的采集
• 4.3 高低谱激励下地板上各节点的位移响应和速度响应
• 4.3.1 地板中心线位置的位移响应和速度响应
• 4.3.2 车轮位置附近的位移响应和速度响应
• 4.3.3 地板两侧位置的位移响应和速度响应
• 4.3.4 车门位置附近的位移响应和速度响应
• 4.4 轨向谱激励下地板上各节点的位移响应和速度响应
• 4.4.1 地板中心线位置的位移响应和速度响应
• 4.4.2 地板车轮位置附近的位移响应和速度响应
• 4.4.3 地板两侧位置的位移响应和速度响应
• 4.4.4 车门位置附近的位移响应和速度响应
• 4.5 高低谱激励下车体地板的变形
• 4.6 本章小结
• 第5章 车体地板振动的位移响应分布
• 5.1 地板上各节点的最大位移响应
• 5.1.1 车体地板取点
• 5.1.2 车体地板上选取节点的最大位移响应
• 5.1.3 各频率对应的节点数目
• 5.2 地板的振动分布
• 5.2.1 MATLAB软件介绍
• 5.2.2 插值与数据拟合
• 5.2.3 车体地板纵向振动位移响应情况
• 5.2.4 车体地板横向振动的位移响应情况
• 5.2.5 车体地板垂向振动的位移响应情况
• 5.3 不同频率时地板的振动位移响应情况
• 5.3.1 地板左端的振动位移响应情况
• 5.3.2 地板中间部位的振动位移响应情况
• 5.3.3 地板右端的振动情况
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢