基于虚拟样机技术的桥梁检测车动力学仿真分析

论文摘要

作为一种大型铁路养护设备,桥梁检测车具有自由度多、结构复杂的特点,通常需要在复杂工况下连续作业,并且作业过程中其动力学行为非线性明显。因此,研究桥梁检测车的动力学特性对最大限度发挥其设计性能、提高作业安全系数具有非常重要的意义。本文针对某型桥梁检测车的上车结构,在充分研究其结构组成和作业流程的基础上,利用机械系统动力学分析软件ADAMS建立了完整的虚拟样机模型,然后对样机进行多刚体动力学仿真分析,得到了桥下和桥上展开作业过程中的动力学特性,并且根据仿真结果对桥梁检测车的平顺性进行了初步研究。接下来考虑部件的变形对整机动力学性能的影响,分析确定转台为模型中的主要弹性部件,利用有限元分析软件ANSYS对其柔性化处理之后导入至ADAMS,建立整机刚柔耦合虚拟样机模型,最后进行刚柔耦合动力学分析,得到了仿真过程中转台的动态应力特性。本文参照IS02631-1：1997（E）规定的平顺性分析的数值计算方法,提出了一种桥梁检测车平顺性研究方法。此外,本文首次将刚柔耦合虚拟样机技术应用到桥梁检测车的动力学分析中,并且提出了一种创建刚柔耦合多体系统模型的方法,即首先分析得到主要的弹性部件,然后在有限元程序中对其进行柔性化处理,最后导入至多刚体模型得到刚柔耦合模型。本文的研究成果,证明了运用刚柔耦合虚拟样机技术对机械系统进行动力学研究的可行性,是将先进仿真分析技术应用到机械领域的进一步探索,本文采用的方法对其他类似机械系统研究具有一定的参考意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 桥梁检测车发展现状
• 1.2.2 多体系统动力学发展
• 1.3 课题主要研究内容
• 第2章 多体系统动力学理论基础
• 2.1 多刚体系统动力学理论
• 2.1.1 部件位置、速度及加速度分析
• 2.1.2 部件动量、动量矩及动能分析
• 2.2 多柔体系统动力学理论
• 2.2.1 柔性体上质点分析
• 2.2.2 多柔体系统能量方程
• 2.2.3 多柔体系统动力学方程
• 2.3 刚柔耦合多体系统理论基础
• 2.3.1 多体系统刚柔耦合方式
• 2.3.2 柔性体模态阶数提取
• 2.4 本章小结
• 第3章 桥梁检测车虚拟样机仿真模型建立
• 3.1 桥梁检测车上车结构参数
• 3.1.1 桥梁检测车上车组成
• 3.1.2 桥梁检测车作业参数
• 3.2 桥梁检测车上车结构几何建模
• 3.2.1 主要零部件建模概述
• 3.2.2 上车结构零部件装配
• 3.3 Pro/E与ADAMS之间数据传递
• 3.3.1 Mech/Pro应用设置
• 3.3.2 使用Mech/Pro设计流程
• 3.4 上车结构仿真模型建立
• 3.4.1 模型生成前的准备工作
• 3.4.2 虚拟样机模型验证
• 3.5 本章小结
• 第4章 桥梁检测车多刚体动力学分析
• 4.1 桥下作业状态动力学仿真
• 4.1.1 定义驱动函数
• 4.1.2 仿真结果及分析
• 4.2 桥上作业状态动力学仿真
• 4.2.1 定义驱动函数
• 4.2.2 仿真结果及分析
• 4.3 桥梁检测车平顺性研究初探
• 4.3.1 人体对振动的反应
• 4.3.2 平顺性定义
• 4.3.3 平顺性评价方法
• 4.3.4 桥梁检测车平顺性分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 桥梁检测车刚柔耦合动力学分析
• 5.1 刚柔耦合动力学仿真方案制定
• 5.1.1 刚柔耦合动力学分析必要性
• 5.1.2 刚柔耦合动力学仿真可行性
• 5.2 上车结构刚柔耦合模型建立
• 5.2.1 柔性体生成方式
• 5.2.2 ANSYS与ADMAS数据传递
• 5.2.3 桥梁检测车柔性部件生成
• 5.2.4 桥梁检测车刚柔耦合模型
• 5.3 桥梁检测车刚柔耦合仿真
• 5.3.1 桥下展开作业仿真
• 5.3.2 桥上展开作业仿真
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 全文总结
• 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果