中低速磁浮车辆—轨道—桥梁耦合振动仿真分析

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1、国内图书分类号：U237,U213.2密级：公开国际图书分类号：624西南交通大学研究生学位论文中低速磁浮车辆-轨道-桥梁耦合振动仿真分析年级二〇一五级姓名任晓博申请学位级别工学硕士专业车辆工程指导老师赵春发研究员二零一八年五月ClassifiedIndex:U237,U213.2U.D.C:624SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisNUMERICALANALYSISONCOUPLEDVIBRATIONOFMEDIUM-LOWSPEEDMAGLEVVEHICLE-TRACK-VIADUCTSYSTEMGrade:2015Can

2、didate:RenXiaoboAcademicDegreeAppliedfor:MasterDegreeSpeciality:VehicleEngineeringSupervisor:Prof.ZhaoChunfaMay,2018西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密□，在年解密后适用本授权书；2．

3、不保密□√，使用本授权书。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导老师签名：日期：..日期：..西南交通大学硕士学位论文主要工作（贡献）声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：（1）建立了55个自由度的中低速磁浮车辆多刚体动力学模型，简化了系统中较为复杂的非线性因素。对车辆进行了受力分析，并基于

4、达朗贝尔原理推导了车体和悬浮模块的动力学方程。（2）以长沙磁浮快线25m双线简支桥梁系统为研究对象，建立了包含F轨及轨缝、H型钢轨枕、混凝土简支梁的中低速磁浮轨道-桥梁结构有限元模型，F轨考虑悬臂结构和轨缝伸缩接头。相较于已有文献建立的磁浮车桥耦合动力学模型，可更准确地模拟F轨的变形和振动。（3）悬浮控制系统采用基于状态观测器的PD控制模型，考虑滤波器、状态观测器对间隙信号和加速度信号的滤波和重构，该控制模型可更准确地模拟动态电磁悬浮力变化。（4）采用ANSYS的APDL语言编制了中低速磁浮车辆-轨道-桥梁动力学数值仿真程序，计算了车速80km/h条件下磁浮车轨桥系统动力响应，并

5、与已有文献的试验结果进行对比验证，给出了中低速磁浮车辆-轨道-桥梁空间耦合振动响应基本特征；讨论了行车速度、车辆二系悬挂刚度、轨下胶垫刚度和轨道梁刚度对中低速磁浮车轨桥耦合系统振动的影响规律。学位论文作者签名：日期：年月日西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要中低速磁浮交通具有绿色环保、安全性高、线路适应性强和乘坐舒适等优点，近年来在中、日、韩等国得到快速发展。目前，我国已建成并开通运营长沙磁浮快线和北京S1线，广东清远、成都和太原等地也正在规划建设中低速磁浮线，中低速磁浮交通已进入产业化和工程推广应用的关键期，急需针对其工程应用中出现的问题开展深入研究。国际上已商用的中低速磁

6、浮线上列车的运营速度不超过100km/h，但在试运营期间都曾出现过强烈的车轨耦合振动问题。尽管后期通过调整悬浮控制参数或强化线路结构等措施减缓了车轨耦合振动，但并没有完全了解磁浮车轨耦合振动机理和特征，导致减振措施的制定和实施仍缺乏足够的理论指导。因此，本文建立了中低速磁浮车辆-轨道桥梁空间耦合振动模型，分析了耦合振动响应基本特征与规律，以期为中低速磁浮交通技术优化与提升提供理论支撑。首先，本文以长沙磁浮快线磁浮车辆系统和25m双线简支桥梁系统为研究对象，采用ANSYS参数设计语言APDL，建立了磁浮车辆-轨道-桥梁耦合动力学模型。模型中包括中低速磁浮车辆、控制系统和轨道梁（含轨

7、排结构）三个部分。其中车辆结构采用55自由度的空间模型来模拟，并采用多体动力学理论进行建模；轨道结构和桥梁结构采用有限元方法进行建模，F轨考虑悬臂结构和轨缝伸缩接头；控制系统采用基于状态观测器的PD悬浮控制模型。其次，编制了磁浮车辆-轨道-桥梁空间耦合动力学数值仿真程序，计算了车速80km/h条件下磁浮车轨桥系统动力响应，分析了耦合系统振动响应基本特征，并与已有文献的试验结果进行对比验证。总体上，中低速磁浮车辆振动小，悬浮间隙和电磁力波动幅度不大，中低速磁浮车辆运行安全，乘坐舒适