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数值仿真

车桥耦合振动仿真分析模型的建立

发布时间:2018/6/13阅读次数:5256次

王晓波


建模思路:仿真模型是车桥耦合动力分析的基础,本文主要介绍采用多体动力学软件SIMPACK建立列车模型的思路和方法,同时简要叙述如何利用有限元法建立桥梁模型并进行动力子结构分析,最后通过轮轨相互作用关系在轮轨接触面离散的信息点上进行数据交换,把分别建立的列车模型和桥梁动力学计算模型耦合起来,实现车桥耦合振动的分析,具体流程图如下:


图一、车桥耦合分析流程图


1、列车模型的建立

车辆系统本身是一个复杂的机械系统,利用多体动力学软件SIMPACK对列车建模和仿真,就是通过对车体、转向架、轮对以及一、二系悬挂系统等刚柔体、约束、力元以及轮轨接触等元素的定义来确定机车车辆各部分组件特性及其连接关系,从而形成一系列的车辆多体系统动力学的控制方程,并求解其形成的微分方程。利用多体动力学的方法建立车体模型,能够使车辆的全部结构运动关系和弹性连接关系都反映出来,更加精确地模拟车辆系统的振动性能。

2、桥梁模型的建立

SIMAPCK中,桥梁结构类似的柔性体通过数量相对较少的模态坐标来描述的,通过子结构分析减缩后的模型,以便在考虑结构的弹性影响的同时,使计算耗费时间相对较少。本文采用有限元法建立桥梁模型并进行动力子结构分析,由于桥梁的响应由低阶模态起控制作用,在多体系统分析中,运用振型叠加法,截取结构模态的前阶成分,将位移向量以有限元系统的节点位移为基向量的维空间转换到以模态向量为基向量的维空间。

通过ANSYS建立的桥梁动力学分析模型,经过动力子结构分析和模态分析之后将生成包括质量矩阵M、刚度矩阵K文件(*.sub文件)和几何信息文件(*.cdb文件),然后由FEMBS接口程序生成FBI文件,最后导入到SIMPACK中实现车桥耦合。


图二、车—桥耦合振动仿真分析模型


后续工作:十跨简支梁模型目前正在工作站运算,但计算速度十分缓慢,后期将会比较不同算法,提高计算效率,尽快完成在不同工况下的求解。