基于SIMPACK软件的客车简化整车模型的搭建

一、 建立转向架子结构根据比较选择，拓扑图右边的结构建立车辆的整体模型。首先要建立的是转向架子结构，建立步骤如下：1、打开新建模型，首先在3dmodel setup窗口里，点击view setup，选择standard views窗口里的wheel/rail：perspective view。2、点击模型窗口的Globals菜单，选择gravity选项，改z值为10。这样得到的坐标，符合欧洲铁路联盟制定的标准。3、点击Bodies图标，进入body编辑窗口，右击默认的$B_BODY1，重命名为$B_BOGIE，设置参数。转向架质量kg3000kg质心位置mZ=-0.6纵向刚度1500横向刚度2500垂向刚度2800车体重心至二系悬挂点距离0.9二系悬挂点值构架重心距离0.4构架重心值轮对重心距离0.1车轮滚动圆半径0.54、在MBS Define Body窗口中，点击3D Geometry选项，设置bogie构架的几何外形。首先选择类型（Type）为22号：wheel rail bogie，具体参数的定义如下图：然后设置参数如下图，设置初始位置（Build In）为：（0，0，-0.5）。5、点击MBS Define Body窗口中的Markers按键，创建标志点，为后续创建一系悬架、二系悬架服务，创建标志点均是相对体（Body）的BFRF（Body fixed reference frame固结在体上是坐标系）而创建的。如图创建有六个标志点，坐标分别如下：一系悬挂（Primary suspension）：（m）二系悬挂（Secondary suspension）：（m）具体步骤为，点击maker list窗口中的new按键，输入新建标志点的名称，如$M_BODY1_PS_1L，创建一系悬挂力。6、如图所示为创建好的bogie。7、新建体，命名为$B_WS1，参数如表格所示：轮对质量kg1000kg质心位置m（0，0，0）纵向刚度1000横向刚度100垂向刚度10008、设置轮轴的几何形状，选择类型为02号：圆柱体，具体参数设置如图：9、在轮对上创建新的标记点，坐标为（m），用于创建一系力元。10、为了定义轮对的铰接，需在参考坐标系上建立两个标志点$M_Isys_WS_F(B)，坐标分别为m。11、12、搭建虚车体，虚车体在SIMPACK建模中的作用很大，尤其在此处，通过建立虚车体，可以在子结构中设置车体与转向架的作用力元，在整体建模中，只需将虚车体与实际的车体固结在一起，即可实现力的作用。因此，对虚车体的要求是质量、转动惯量均足够小，可以不影响实际车体的动力学性能。新建虚车体，命名为$B_DUMMY，参数设置如下，点击图标，进入全局参数的窗口，新建参数并命名为$P_DUMMY，赋值为1E-7，点击Assign确定。在体定义窗口，右击质量数值输入窗口，出现value given by substitution variables 提示，点击进入，选择$P_DUMMY，并同样给转动惯量赋值为$P_DUMMY。虚车体的几何外形参数如下表，具体参数设置如图所示：Length in x m1.0Length in y m2.4Length in z m0.4初始位置为13、在虚车体上设置两个标志点$M_DUMMY_L（R），坐标为m，均在虚车体几何结构的下表面。返回体定义窗口后，选中Wireframe Representation，则虚车体将总是以线框形式显示。14、回到体定义窗口，进入标志点定义窗口，新建两个标志点$M_DUMMY_L(R)坐标分别为15、为了定义虚车体的铰接，需在参考坐标系上建立一个标志点$M_Isys_DUMMY_CONNECT，坐标为m。16、以上步骤为建立体（Body）、标志点（Marker）。接下来需要构建各部分之间的铰接，建立铰接的原则是自上而下，即From Marker比To Marker更接近惯性参考系。建立构架（Bogie）的铰接，设置如图， From Marker为$M_Isys，To Marker为$M_BOGIE，如过将两者颠倒过来则会在运行过程中出现构架翻转的现象。设置交接类型为Railway Vehicles，07：general rail track joint（一般轮轨铰，自由度数有1，5，6三种选择），自由度数设为6。此处不需要设置铰接的初始位置。17、设置轮对1的铰接，From Marker为$M_Isys_WS_F，To Marker 为$M_WS1，选择00：0 Degrees of freedom（0号固结铰接），其他参数不变。同样设置轮对2的铰接，对应的铰接为From Marker为$M_Isys_WS_B，To Marker 为$M_WS2，铰接类型为00号。设置虚车体的铰接From Marker为$M_Isys_DUMMY_CONNECT，To Marker 为$M_DUMMY，铰接类型为00号。18、以上为设置个部分的铰接，现在定义转向架悬挂。首先设置三个方向的刚度（stiffness）与阻尼（damping）系数，进入全局参数定义窗口，如图，设置一系力二系力的三个方向的刚度、阻尼数值，具体参数值如表所示：一系力弹簧纵向刚度系数P_CX(MN/S)30一系力弹簧横向刚度系数P_CY(MN/S)4一系力弹簧垂向刚度系数P_CZ(MN/S)1.2一系力弹簧纵向阻尼系数P_DX(KNS/M)15一系力弹簧横向阻尼系数P_DY(KNS/M)2一系力弹簧垂向阻尼系数P_DZ(KNS/M)4二系力弹簧纵向刚度系数S_CX(MN/S)0.15二系力弹簧横向刚度系数S_CY(MN/S)0.15二系力弹簧垂向刚度系数S_CZ(MN/S)0.45二系力弹簧纵向阻尼系数S_DX(KNS/M)32二系力弹簧横向阻尼系数S_DY(KNS/M)32二系力弹簧垂向阻尼系数S_DZ(KNS/M)20备注：SIMPACK软件中长度单位为M。19、接下来定义构架与轮对的一系悬挂力，在模型建立窗口，点击力元（Force Elements）图标，进入力元定义窗口，新建一个力元命名为$F_PS_1L，设置From Marker为$M_BOGIE_PS_1L，To Marker 为$M_WS1_L，与定义铰接一样，需注意Marker的次序不能颠倒。设置力元类型为05：Spring-Damper parallel cmp（05号：弹簧-阻尼并联紧密力元）。右击数值输入窗口，分别将事先定义好的数值赋给相应的变量，如图所示：按照相同步骤新建力元$F_PS_1R，设置From Marker为$M_BOGIE_PS_1R，To Marker 为$M_WS1_R，选择相同的05号力元类型，由于一系力刚度阻尼参数相同，点击力元定义窗口中的Identity To按键，选择刚刚建好的力元$F_PS_1L，则弹簧阻尼系数均被赋值，与$F_PS_1L的系数相同。按照同样的方法可以建立$F_PS_2L、$F_PS_2R，确保选择正确的标志点。20、定义二系悬挂力，新建力元$F_SS_L，设置From Marker为$M_BOGIE_SS_L，To Marker 为$M_DUMMY_L，选择05号力元类型，并将二系弹簧阻尼系数赋值给各相应变量。同样方法新建另一个二系力。以上为新建转向架子结构的全部步骤，建成的转向架如下图所示：21、建模完成之后，在模型建立窗口中Info下拉菜单中点击Force Elements：Coupling Marker，查看力元Marker之间的距离，出现如图所示信息r_abs均为0，则说明新建力元正确。点击保存模型。二、 建立车体子结构1、新建模型，按照一中步骤设置global中的重力（Gravity）参数，以及调整视图显示。重新命名默认的体为CARBODY，按照下表设置相关参数：车体质量kg32000kg质心位置m（0，0，-1.8）纵向刚度5.6E4横向刚度2.0E6垂向刚度2.0E6点击进入3D几何参数设置窗口，选择类型为21：Wheel Rail Cab。按照下表设置其中的部分参数，color id参数均设为6，其他参数设置为0，则车体模型搭建成功。参数数值mHeight 1 in x0.5Height 4 in x4Length 1 in x26Width 1 in x2.9Width 2 in x2.9Width 3 in x2.65Width 4 in x2.52、在车体上新建标志点$M_CARBODY_F(B), 坐标为m，则车体模型完成，点击保存。三、 搭建整车模型1、 新建文件夹，在其中新建两个文件夹MAIN和DATABASE，将上两步建立模型后生成的CARBODY.ani、CARBODY.sys、BOGIE.ani和BOGIE.sys文件复制到DATABASE文件夹中，在MAIN中新建模型VEHICLE，调整重力参数和视图显示。2、 设置用户数据库，在用户界面UI空白处右击选择第一项Edit MBS-Model，找到c_db_path一行，复制并粘贴到下一行，按照下图修改序号，将引号内部分改为”./DATABASE/”，点击保存，关闭窗口。点击UI用户界面空白处选择倒数第四项Edit Model Specific Data Base Path，在打开的窗口中最下面一行输入./DATABASE/，点击保存，关闭窗口。用户数据库定义完成。3、 新建虚轮对$B_WS1,在全局参数设置窗口中，设置$P_DUM数值为1E-6，虚轮对质量及转动惯量均设为$P_DUM。进入几何参数定义窗口，选择类型为30：Coordinate Axis（30号：坐标轴），返回体定义窗口，点击Generate/Update Wheel-Rail Elements of Joint，进入轮对外形定义窗口，使用默认的参数，点击确定，生成轮对。生成4、 在体定义窗口中右击$B_WS1，选择复制，右击空白处选择粘贴，重命名为$B_WS2，再用同样的方法新建$B_WS3、$B_WS4。5、 定义虚轮对铰接，首先选择$J_WS1，选择交接类型为07号，交界初始位置设置s=21.5m。其余不变，同样设置其他三个轮对的交接类型为07号，分别设这其初始位置s=19、2.5、0m。6、 线路定义，铰接设置完成后，点击线路设置按键，此处先不添加轨道激励，点击OK生成轨道线路。7、 点击装配按键，出现提示如下信息，点击Set All As Suggested，则装配完成。装配后的铰接如图示。8、 导入转向架子结构，在模型建立窗口，点击子结构（substructure），新建子结构BF_B，选择DataBase，在弹出的窗口中选择BOGIE，点击Load substructure。同样导入车体子结构CARBODY和构架子结构BF_B。9、 定义车体的铰接，为07号轮轨铰，初始位置s=19m。10、 以BF_B为例定义构架子结构的铰接，子结构中轮对1与虚轮对3用00号铰接固结，子结构中轮对2与虚轮对4用00号铰接固结，构架BOGIE与惯性坐标系为07号铰接，初始位置s=1.25m，其他参数不变。虚车体与车体子结构的交接为00号固结铰接，From Ma