车辆系统动力学结构模型课件.ppt

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1、车辆系统动力学结构模型,第一节 模型化原则第二节 车辆系统振动自由度第三节 系统数学模型,总体原则：根据不同研究目的，实行最适当的近似化。动力学研究目的多种多样，但无论从整体的简要研究到局部的详细研究，都随着各自要求的精度不同，模型化程度各不相同;对能够做到何种程度的近似化判断时，首先必须从力的传递、能量的传递和预计可能发生的现象开始是极其重要的;,模型化总体原则,第四章 车辆系统动力学模型,模型化基本原则,忽略影响程度较小的因素忽略轮轨相互之间影响关系线性化与非线性化处理集中质量化部件与弹簧装置系统模型化,模型化时，应该忽略一些对产生问题现象不发生影响的因素和影响很小的因素。出现很多无法判断

2、的情况时（模型化初期），应尽量多考虑一些因素，然后考察各因素的影响度，最后选择一些必要因素进行模型化。,忽略影响程度较小的因素,忽略轮轨相互之间影响关系,车辆在轨道上运行时，轨道会因受到轮轨作用力而产生变形，同时车辆又将受到轨道变形的影响，这样车辆和轨道之间就会形成一个相互作用，相互影响的系统。但是，根据不同的研究目的，往往可以将这种相互影响仅仅看作单方向的影响就足以满足研究目的要求。,线性化与非线性化处理,如果既可以进行适当的线性化，又不影响研究的本质，则可使以后的处理变得非常简单，并进行有效推测；线性化既有对位移与动力特性和速度与动力特性之间的平衡点出发，还有从能量角度出发，计算出等效常数

3、的方法来实现；轮轨接触关系、横向止挡、摩擦式减振器和液压式减振器的阻尼特性等，需要非线性处理方能得到更为准确的振动结果；对某些部件是线性化还是非线性化，需要作全面权衡。,建立用于研究车辆或列车特性的数学模型时，系统中除弹性元件外的各个部件如车体、构架、轮对等都视为刚体，只有在分析其结构弹性振动或弹性变性时才考虑其弹性。严格上说，构成车辆的各个要素都是质量分布系统，模型化时常常将其近似为一个质量集中的集中系统。但在评价由车体的弹性振动而引起的乘坐舒适度问题时，则须将车体作为一个分布质量系统，来考虑其弯曲弹性振动问题。,集中质量化,构架弹性化,车体弹性化,部件与弹簧装置系统模型化,车辆的轮对、转向

4、架、车体结合的部位，实际上有轴箱弹簧、空气弹簧、减振器等，但这些部件的特性通常等效为弹簧与减振器。空气弹簧除了有弹性作用外，还有具有减衰作用，因此可视为弹簧与减振器的并列系统。各主要联结部件可简单视为线性，在进行详细解析中，要考虑松动与间隙的存在、弹簧的非线性特性、减振器摩擦特性、可动部分的挡块等非线性特性。,车辆系统作用力描述,无间隙弹簧阻尼力描述有间隙弹簧阻尼力描述摩擦力作用力描述,无间隙弹簧阻尼力描述,有间隙弹簧阻尼力描述,摩擦力作用力描述,第二节 车辆系统垂向模型,模型发展过程车辆数学模型,1. 车辆数学模型及发展过程,三自由度系统振动方程,（7.3）,三自由度系统振动方程,客货车系统

5、,第四章 车辆系统动力学模型,单自由度系统,单自由度系统振动方程,(1):,(2):,(3):,车辆系统垂向动力学模型,垂向模型车辆部件受力分析,车辆部件振动方程,车辆部件作用力求解,第三节 车辆系统垂向横向动力学模型,模型自由度模型结构图模型拓扑图模型作用力,四轴客车模型运动自由度,客车模型俯视图,客车模型正视图,客车系统动力学模型拓扑图（侧视）,客车系统动力学模型拓扑图（正视）,客车系统作用力,四轴货车模型运动自由度,货车模型俯视图,货车模型正视图,第四章 车辆系统动力学模型,货车系统动力学模型拓扑图（侧视）,货车系统动力学模型拓扑图（正视）,43,轮轨系统四个坐标系,坐标系统及变换关系,

6、44,轨道中心坐标系,45,轮对平移坐标系,46,轮对中心坐标系（1）,47,轮对中心坐标系（2）,48,四个坐标系统,49,Coordinate transferencebetween two coordinate systems,1 yaw angle,第四章 车辆系统动力学模型,2 Rolling angle,51,52,定义多个轮对坐标系的目的,轮轨蠕滑率和轮轨蠕滑力定义在轮轨接触斑坐标系统，而轮对运动方程是按标准的轨道中心坐标来列写的，因此必须找出两个坐标系统之间的变换关系；上述两个坐标系统之间还存在多个中间坐标系统，所以还需要定义中间坐标系，以求得两坐标统之间关系；,系统动力学模型

7、数学描述,动量定理振动方程,1 动量与角动量定理,（1） 速度与动量,刚体速度：刚体加速度：,（2） 动量定律,（3） 刚体动能,（1）、轮对（2）、构架（3）、车体,2.系统模型数学描述,作用于轮对上的力,轮对角位移与角速度,轮对角速度：,轮对角位移：,第四章 车辆系统动力学模型,横向运动：,垂向运动：,侧滚运动：,轮对运动方程,轮对扰动：,摇头运动：,（3）车体运动方程,横向运动,垂向运动,侧滚运动,第四章 车辆系统动力学模型,点头运动：,摇头运动：,（1）、轮对,3.模型界面化,（2）构架,位置确定,第四章 车辆系统动力学模型,第四章 车辆系统动力学模型,第四章 车辆系统动力学模型,几点补充,曲线曲线超高常见轨道模型,Superelevation,Superelevation u,Rotation about inner rail,Rotation about centerline,Superelevation u,Centerline is elevated,Reference length = railbase,轨道动力学模型(模型1),道床模型,模型2,道床,钢轨模型,钢轨振动方程,轨枕振动方程,