高速列车耦合大系统动力学理论及其实践PPT课件

张卫华西南交通大学,牵引动力国家重点实验室,高速列车耦合大系统动力学理论及其实践,2,报告内容,理论建模,工程实践,研究背景,3,研究背景,高速列车的核心是转向架，转向架核心是动力学,4,研究背景,复杂性尺度效应：几十毫米几百上千米时间效应：2530年的服役周期空间效应：穿行几千公里,5,轮轨非线性几何关系轮轨接触非线性蠕滑力悬挂系统的非线性特性,车辆系统的非线性因素,研究背景,6,报告内容,理论建模,工程实践,研究背景,7,理论建模,车间耦合关系轮轨耦合关系弓网耦合关系流固耦合关系机电耦合关系环境耦合关系,系统性,8,理论建模,高速列车耦合大系统服役仿真,首次,9,理论建模,高速列车系统动力学模型框架,10,理论建模,仿真平台结构子结构方法气流供电站接触网受电弓车辆牵引传动钢轨轨道板桥梁,11,理论建模,高速列车耦合大系统动力学仿真平台,12,理论建模,机车车辆,轨道系统,弓网系统,气流,环境,服役动态响应,时变参数计算模型,稳定性,传动系统,供电系统,轨道谱,不平顺,平稳性,安全性,系统建模,系统输入,服役仿真计算,服役响应,可靠性,仿真计算,结构失效模型,材料失效模型,服役模拟,13,报告内容,理论建模,工程实践,研究背景,14,报告内容,高速列车顶层技术参数高速列车内部接口技术高速列车外部接口技术,15,3.高速列车外部接口技术,高速列车耦合大系统,轮轨耦合关系弓网耦合关系流固耦合关系机电耦合关系,16,3.高速列车外部接口技术,轮轨及线路适应性技术条件线路平纵断面适应性分析线路不平顺适应性分析车轮和钢轨及线路缺陷（沉降）适应性分析线路刚度匹配和适应性分析弓网适应性技术条件弓网耦合关系车电耦合关系环境适应性技术条件横风安全性温度环境雨雪环境电磁环境噪声,17,3.高速列车外部接口技术,轮轨及线路适应性技术条件（1）线路平纵断面适应性分析曲线半径大小缓和曲线长度,18,3.高速列车外部接口技术,轮轨及线路适应性技术条件（1）线路平纵断面适应性分析纵断面变坡点设计,19,速度：250km/h应严格控制12.5m波长范围的线路不平顺幅值速度：300km/h应严格控制13m波长范围的线路不平顺幅值,3.高速列车外部接口技术,轮轨及线路适应性技术条件（2）线路不平顺适应性分析,20,三角坑的幅值（波长12.5m）15.7mm,单一的高低谐波不平顺（波长10m）半峰值12.2mm单一的水平谐波不平顺（波长12.5m）半峰值0.7,29,3.高速列车外部接口技术,弓网适应性技术条件弓网耦合关系,弓网基本参数,张力；吊弦布置；跨距；悬挂形式；材质及截面形式等,双弓间距、弓头悬挂刚度、质量、阻尼；静态抬升力等,接触网系统改造,受电弓参数改造,京津城际接触网,TSG19受电弓,弓网优化,30,3.高速列车外部接口技术,弓网适应性技术条件弓网耦合关系,双弓间距,弓间距并非越大越好,弓间距250m,弓间距300m,31,双弓间距,周期性,3.高速列车外部接口技术,弓网适应性技术条件弓网耦合关系,32,3.高速列车外部接口技术,弓网适应性技术条件弓网耦合关系,受电弓滑行,接触线振动,波峰位置,波谷位置,不利间距,最佳间距,弓位于接触线振动波的位置?,双弓间距,波动相位协调,33,3.高速列车外部接口技术,弓网适应性技术条件弓网耦合关系,不利弓间距,有利弓间距,双弓间距,34,3.高速列车外部接口技术,弓网适应性技术条件弓网耦合关系,最佳双弓间距,35,3.高速列车外部接口技术,环境适应性技术条件横风安全性温度环境雨雪环境电磁环境噪声环境,36,3.高速列车外部接口技术,环境适应性技术条件横风安全性,头车、中间车、发生不同程度的姿态变化，车间连接处出现错位，此处出现较大的压力梯度。,考虑姿态变化,37,3.高速列车外部接口技术,环境适应性技术条件横风安全性,姿态变化对气动力的影响,38,3.高速列车外部接口技术,环境适应性技术条件横风安全性,列车运行速度300km/h时，头车轮对逆风向偏移。,头车第一轮对,流固耦合仿真,风向,39,3.高速列车外部接口技术,环境适应性技术条件横风安全性,列车运行安全域,倾覆系数,40,3.高速列车外部接口技术,环境适应性技术条件横风安全性,41,3.高速列车外部接口技术,环境适应性技术条件会车车体振动分析,头车,中间车,尾车,头车尾车中间车,42,3.高速列车外部接口技术,通过仿真计算发现，交会时，可使车体的横向加速度增加2-5倍,严重时可增加10倍。,环境适应性技术条件会车车体振动分析,43,3.高速列车外部接口技术,头车、中间车和尾车的脱轨系数分别增加42.15%，37.40%和47.06%,环境适应性技术条件会车车体振动分析,会车脱轨安全性分析,44,3.高速列车外部接口技术,50mm70mm,环境适应性技术条件站台通过振动分析,气动吸进18mm,45,3.高速列车外部接口技术,环境适应性技术条件横风安全性头型和转向架设计,46,3.高速列车外部接口技术,环境适应性技术条件横风安全性温度环境雨雪环境电磁环境噪声环境,47,3.高速列车外部接口技术,环境适应性技术条件噪声,欧盟高速铁路噪声辐射限值/dB,UIC规定的高速铁道车辆车内噪声限值,48,3.高速列车外部接口技术,环境适应性技术条件噪声,49,3.高速列车外部接口技术,50,3.高速列车外部接口技术,环境适应性技术条件噪声,51,3.高速列车外部接口技术,环境适应性技术条件噪声,52,3.高速