1、鐵道車輛的動(dòng)態(tài)性能強(qiáng)烈地依賴于所運(yùn)行的線路條件，而在道岔上運(yùn)行則被視為最惡劣的線路工況。車輛通過(guò)道岔時(shí)，車輪和道岔間會(huì)產(chǎn)生大的沖擊載荷，雖經(jīng)一系懸掛的衰減，但構(gòu)架依然承受著較大的動(dòng)態(tài)載荷作用。隨著車輛結(jié)構(gòu)輕量化的發(fā)展，可能造成車輛結(jié)構(gòu)，尤其是關(guān)鍵走行部件—轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的振動(dòng)和疲勞問(wèn)題，嚴(yán)重影響列車運(yùn)行的安全性和可靠性。本論文基于多體系統(tǒng)(MBS)動(dòng)力學(xué)和有限元(FE)分析方法，采用相應(yīng)的分析軟件SIMPACK和ANSYS，結(jié)合CW-200

2、型高速客車轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)、懸掛系統(tǒng)定位方式和道岔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等，進(jìn)行了旨在車輛通過(guò)道岔時(shí)，轉(zhuǎn)向架構(gòu)架結(jié)構(gòu)振動(dòng)及其動(dòng)態(tài)應(yīng)力響應(yīng)變化規(guī)律的研究和分析。 研究建立了道岔區(qū)域不同鋼軌橫斷面外形幾何學(xué)描述，建立了車輪輪緣踏面外形和車輪輪背外形幾何學(xué)描述。研究分析了車輪通過(guò)道岔過(guò)程中，輪軌接觸幾何學(xué)關(guān)系變化、多點(diǎn)接觸現(xiàn)象以及輪軌相互作用的模擬。應(yīng)用彈性梁理論和等效鋼軌軌枕質(zhì)量塊方法，研究建立了三種不同類型的彈性和剛性線路模型。 研究分析

3、了彈性體在多體系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)學(xué)描述。研究利用d’Alembert原理和Jourdain虛功原理，通過(guò)Rayleigh-Ritz方法表示彈性體變形，推導(dǎo)得出了彈性體在多體系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)方程形式，推導(dǎo)得出了基于模態(tài)法表示的彈性線路模型。研究分析了有限元與多體系統(tǒng)分析軟件之間的數(shù)據(jù)傳遞，采用標(biāo)準(zhǔn)輸入數(shù)據(jù)(SID)完成FE法計(jì)算的彈性體結(jié)果數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到MBS程序的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。 通過(guò)合理的劃分單元和選擇單元類型，研究建立了轉(zhuǎn)向架構(gòu)架有限元模型

4、(稱完整模型)并計(jì)算分析了構(gòu)架的彈性模態(tài)。研究了通過(guò)FE法獲取描述彈性體特征信息并應(yīng)用于多體系統(tǒng)中的處理分析方法。研究了采用超單元分析法對(duì)完整轉(zhuǎn)向架構(gòu)架有限元模型進(jìn)行縮聚，將其按主自由度進(jìn)行縮減，使其適宜于多體系統(tǒng)的建模和動(dòng)態(tài)響應(yīng)的分析研究之用。 用FE法模擬表示轉(zhuǎn)向架的彈性體構(gòu)架，首次研究建立了對(duì)應(yīng)三種不同線路模型的車輛/道岔線路三種多體系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)對(duì)比三種多體模型轉(zhuǎn)向架構(gòu)架結(jié)構(gòu)振動(dòng)和動(dòng)應(yīng)力的仿真結(jié)果，并與線路試驗(yàn)結(jié)果

5、進(jìn)行對(duì)比分析后得出：在通過(guò)道岔這類特殊線路時(shí)，由于存在沖擊，不考慮線路彈性的計(jì)算結(jié)果偏大，而周期彈性線路模型和相對(duì)簡(jiǎn)化的等效均勻彈性線路模型均可取得令人滿意的結(jié)果和精度。采用彈性構(gòu)架及彈性車體，首次建立了對(duì)應(yīng)等效均勻彈性線路模型的車輛/道岔線路多體系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。研究對(duì)比了通過(guò)道岔時(shí)，剛性車體及彈性車體對(duì)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架結(jié)構(gòu)振動(dòng)和動(dòng)態(tài)應(yīng)力的影響。研究結(jié)果表明，對(duì)于單節(jié)車輛多體系統(tǒng)模型，考慮車體彈性對(duì)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的結(jié)構(gòu)振動(dòng)和動(dòng)態(tài)應(yīng)力響應(yīng)的影響不大。

6、 基于單節(jié)車輛/道岔線路多體系統(tǒng)模型，考慮線路彈性和彈性構(gòu)架，首次建立了分別對(duì)應(yīng)剛性車體和彈性車體的二種列車/道岔線路多體系統(tǒng)模型。計(jì)算分析了列車通過(guò)道岔過(guò)程中各車轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)振動(dòng)和動(dòng)態(tài)應(yīng)力，以及各車之間的相互影響。研究結(jié)果表明：在通過(guò)道岔過(guò)程中，由于列車中各車輛間的相互影響、作用和約束，導(dǎo)致了列車中各車構(gòu)架的動(dòng)態(tài)應(yīng)力存在者較大的差別、變化規(guī)律各異；與單節(jié)車輛模型計(jì)算結(jié)果相比，列車模型中各車構(gòu)架的動(dòng)態(tài)拉和壓應(yīng)力均產(chǎn)生了不同程度的

7、增加，其中，尤以中間車增加最大，頭車次之，尾車則增加的十分有限。對(duì)比剛性和彈性車體對(duì)列車多體系統(tǒng)模型的影響并與線路試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比后可知，剛性車體列車模型中各車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架動(dòng)態(tài)應(yīng)力計(jì)算結(jié)果明顯大于彈性車體列車模型的計(jì)算結(jié)果，而彈性車體列車模型的計(jì)算結(jié)果則十分接近線路試驗(yàn)結(jié)果。說(shuō)明在建立列車多體系統(tǒng)模型時(shí)，應(yīng)考慮車體的彈性。 關(guān)于車輛通過(guò)道岔時(shí)，對(duì)多體系統(tǒng)模型計(jì)算步長(zhǎng)(對(duì)應(yīng)于構(gòu)架動(dòng)態(tài)應(yīng)力計(jì)算的采樣頻率)的研究分析認(rèn)為，為保證對(duì)轉(zhuǎn)向架