铁道车辆动力学模型课件

第七章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第七章车辆系统动力学结构模型第一节模型化原则总体原则：根据不同的研究目的，实行最为适当的近似化。动力学研究目的多种多样，但不论哪种情况，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，模型化程度各不相同。对于能够做到何种程度的近似化进行判断时，首先必须从力的传递、能量的传递和预想可能发生的现象开始是极其重要的。模型化总体原则总体原则：根据不同的研究目的，实行最为适当的近似化。模型化总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。忽略轮轨相互之间影响关系车辆在轨道上运行时，轨道会因受到轮轨线性化与非线性化处理如果可以进行适当的线性化，又不影响课题的本质，则可使以后的处理变得非常简单，并进行有效地推测研究。关于线性化，既有通过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，计算出等效常数的方法来实现。模型中有些特性则需要非线性处理方能得到更为准确的振动结果，如轮轨接触关系、横向止挡、摩擦式减振器和液压式减振器的阻尼特性等。对某些部件是线性化还是非线性化，需要作较为全面地权衡。线性化与非线性化处理如果可以进行适当的线性化，又不影响课题的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配的系统，模型化时常常将其近似为一个质量集中的集中要素系统。但在评价由车体的弹性振动而引起的乘坐舒适度问题时，则必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部件与弹簧装置系统模型化车辆的轮对、转向架、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。部件与弹簧装置系统模型化车辆的轮对、转向架、车体结合的部位，第二节车辆系统垂向模型模型发展过程车辆数学模型第二节车辆系统垂向模型模型发展过程1.车辆数学模型及发展过程1.车辆数学模型及发展过程铁道车辆动力学模型课件铁道车辆动力学模型课件铁道车辆动力学模型课件铁道车辆动力学模型课件第四章车辆系统动力学模型第四章车辆系统动力学模型垂向模型—车辆部件受力分析垂向模型—车辆部件受力分析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第三节车辆系统垂向横向动力学模型模型自由度四轴客车模型运动自由度四轴客车模型运动自由度客车模型俯视图客车模型俯视图客车模型正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（侧视）客车系统动力学模型拓扑图（正视）客车系统动力学模型拓扑图（正视）力作用界面作用力备注名称坐标系中投影方向车体与摇枕界面心盘旁承力心盘回转力矩垂向适用于普通客车转向架或部分提速客车转向架旁承力垂向旁承回转力矩垂向中央悬挂界面空气弹簧力中央空气弹簧力纵向、横向、垂向空气弹簧节流孔垂向垂向减振器阻尼力垂向横向减振器阻尼力横向抗蛇行减振器阻尼力纵向抗侧滚纽杆力矩纵向横向止挡力横向牵引拉杆力纵向轴箱悬挂界面一系悬挂力轴箱弹簧力垂向轴箱定位装置力纵向、横向减振器阻尼力垂向轮轨界面轮轨力法向力纵向、横向、垂向蠕滑力纵向、横向、垂向蠕滑力矩纵向、横向、垂向客车系统作用力力作用界面作用力备注名称坐标系中投影方向车体与摇枕界面心盘旁四轴货车模型运动自由度四轴货车模型运动自由度货车模型俯视图货车模型俯视图货车模型正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）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）货车系统动力学模型拓扑图（正视）铁道车辆动力学模型课件系统动力学模型数学描述动量定理振动方程系统动力学模型数学描述动量定理1动量与角动量定理1动量与角动量定理（1）速度与动量刚体速度：刚体加速度：（1）速度与动量刚体速度：（2）动量定律（2）动量定律（3）刚体动能（3）刚体动能（1）、轮对（2）、构架（3）、车体2.系统模型数学描述（1）、轮对2.系统模型数学描述作用于轮对上的力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：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：轮轮对扰动：摇头运动：轮对扰动：摇头运动：（3）车体运动方程（3）车体运动方程

横向运动垂向运动侧滚运动

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：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（1）、轮对3.模型界面化（2）构架（2）构架19m2.5ms=01.252.510.75

1920.2521.5m位置确定19m2.5ms=01.252.510.751920铁道车辆动力学模型课件第四章车辆系统动力学模型第四章车辆系统动力学模型铁道车辆动力学模型课件铁道车辆动力学模型课件铁道车辆动力学模型课件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几点补充曲线R=R=RCurveR=RCurveR=R=RCurveR=RCurveSuperelevationSuperelevationuRotationaboutinnerrailRotationaboutcenterlineSuperelevationuCenterlineiselevatedReferencelength=railbaseSuperelevationSuperelevationu铁道车辆动力学模型课件模型1轨道动力学模型模型1轨道动力学模型道床模型道床模型模型2道床模型2道床钢轨模型钢轨模型钢轨振动方程钢轨振动方程轨枕振动方程轨枕振动方程第七章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第七章车辆系统动力学结构模型第一节模型化原则总体原则：根据不同的研究目的，实行最为适当的近似化。动力学研究目的多种多样，但不论哪种情况，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，模型化程度各不相同。对于能够做到何种程度的近似化进行判断时，首先必须从力的传递、能量的传递和预想可能发生的现象开始是极其重要的。模型化总体原则总体原则：根据不同的研究目的，实行最为适当的近似化。模型化总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。忽略轮轨相互之间影响关系车辆在轨道上运行时，轨道会因受到轮轨线性化与非线性化处理如果可以进行适当的线性化，又不影响课题的本质，则可使以后的处理变得非常简单，并进行有效地推测研究。关于线性化，既有通过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，计算出等效常数的方法来实现。模型中有些特性则需要非线性处理方能得到更为准确的振动结果，如轮轨接触关系、横向止挡、摩擦式减振器和液压式减振器的阻尼特性等。对某些部件是线性化还是非线性化，需要作较为全面地权衡。线性化与非线性化处理如果可以进行适当的线性化，又不影响课题的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配的系统，模型化时常常将其近似为一个质量集中的集中要素系统。但在评价由车体的弹性振动而引起的乘坐舒适度问题时，则必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部件与弹簧装置系统模型化车辆的轮对、转向架、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。部件与弹簧装置系统模型化车辆的轮对、转向架、车体结合的部位，第二节车辆系统垂向模型模型发展过程车辆数学模型第二节车辆系统垂向模型模型发展过程1.车辆数学模型及发展过程1.车辆数学模型及发展过程铁道车辆动力学模型课件铁道车辆动力学模型课件铁道车辆动力学模型课件铁道车辆动力学模型课件第四章车辆系统动力学模型第四章车辆系统动力学模型垂向模型—车辆部件受力分析垂向模型—车辆部件受力分析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第三节车辆系统垂向横向动力学模型模型自由度四轴客车模型运动自由度四轴客车模型运动自由度客车模型俯视图客车模型俯视图客车模型正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（侧视）客车系统动力学模型拓扑图（正视）客车系统动力学模型拓扑图（正视）力作用界面作用力备注名称坐标系中投影方向车体与摇枕界面心盘旁承力心盘回转力矩垂向适用于普通客车转向架或部分提速客车转向架旁承力垂向旁承回转力矩垂向中央悬挂界面空气弹簧力中央空气弹簧力纵向、横向、垂向空气弹簧节流孔垂向垂向减振器阻尼力垂向横向减振器阻尼力横向抗蛇行减振器阻尼力纵向抗侧滚纽杆力矩纵向横向止挡力横向牵引拉杆力纵向轴箱悬挂界面一系悬挂力轴箱弹簧力垂向轴箱定位装置力纵向、横向减振器阻尼力垂向轮轨界面轮轨力法向力纵向、横向、垂向蠕滑力纵向、横向、垂向蠕滑力矩纵向、横向、垂向客车系统作用力力作用界面作用力备注名称坐标系中投影方向车体与摇枕界面心盘旁四轴货车模型运动自由度四轴货车模型运动自由度货车模型俯视图货车模型俯视图货车模型正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）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）货车系统动力学模型拓扑图（正视）铁道车辆动力学模型课件系统动力学模型数学描述动量定理振动方程系统动力学模型数学描述动量定理1动量与角动量定理1动量与角动量定理（1）速度与动量刚体速度：刚体加速度：（1）速度与动量刚体速度：（2）动量定律（2）动量定律（3）刚体动能（3）刚体动能（1）、轮对（2）、构架（3）、车体2.系统模型数学描述（1）、轮对2.系统模型数学描述作用于轮对上的力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：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：轮轮对扰动：摇头运动：轮对扰动：摇头运动：（3）车体运动方程（3）车体运动方程

横向运动垂向运动侧滚运动

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：第四章车辆系统动力学