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车辆-轨道耦合动力学钢轨模型求解方法

张健 金学松 肖新标 温泽峰 吴昌华

张健, 金学松, 肖新标, 温泽峰, 吴昌华. 车辆-轨道耦合动力学钢轨模型求解方法[J]. 交通运输工程学报, 2011, 11(2): 32-38. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2011.02.006
引用本文: 张健, 金学松, 肖新标, 温泽峰, 吴昌华. 车辆-轨道耦合动力学钢轨模型求解方法[J]. 交通运输工程学报, 2011, 11(2): 32-38. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2011.02.006
ZHANG Jian, JIN Xue-song, XIAO Xin-biao, WEN Ze-feng, WU Chang-hua. Solution methods of rail model in vehicle-track coupling dynamics[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2011, 11(2): 32-38. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2011.02.006
Citation: ZHANG Jian, JIN Xue-song, XIAO Xin-biao, WEN Ze-feng, WU Chang-hua. Solution methods of rail model in vehicle-track coupling dynamics[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2011, 11(2): 32-38. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2011.02.006

车辆-轨道耦合动力学钢轨模型求解方法

doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2011.02.006
基金项目: 

国家973计划项目 2007CB714702

国家自然科学基金项目 50821063

国家自然科学基金项目 50875221

详细信息
    作者简介:

    张健(1981-),男,辽宁海城人,大连理工大学工学博士研究生,从事车辆-轨道耦合动力学研究

    吴昌华(l937-), 男, 浙江杭州人, 大连理工大学教授

  • 中图分类号: U213.41

Solution methods of rail model in vehicle-track coupling dynamics

More Information
  • 摘要: 应用车辆-轨道非线性耦合动力学模型, 分析了采用解析方法的模态叠加法、有限元法的模态叠加法和有限元法的直接积分法求解车辆-轨道耦合动力学钢轨模型的计算精度与计算效率。选取Bernoulli-Euler梁或Rayleigh-Timoshenko梁模拟钢轨, 采用不同类型单元离散钢轨模型, 并利用显式积分方法求解车辆-轨道耦合动力学的响应。计算结果表明: 当采用Bernoulli-Euler梁钢轨模型和轨道激励频率较低时, 采用协调质量阵的直接积分法计算时间是解析方法的模态叠加法的28.8倍, 各种计算方法的计算结果接近; 当采用Rayleigh-Timoshenko梁钢轨模型和轨道激励频率较低时, 可以忽略Rayleigh-Timoshenko梁的转动惯量对车辆-轨道耦合动力学模型的响应影响; 解析法的模态叠加法的计算时间比混合单元的慢64.5%。

     

  • 图  1  垂向车辆-轨道耦合动力学模型

    Figure  1.  Vertical vehicle-track coupling dynamics model

    图  2  采用BE梁模拟及轨道无不平顺时的轮轨力

    Figure  2.  Wheel-rail forces with BE beam simulation and without track irregularity

    图  3  轮轨力变化1

    Figure  3.  Fluctuation 1 of wheel-rail forces

    图  4  轮轨力变化2

    Figure  4.  Fluctuation 2 of wheel-rail forces

    图  5  轮轨力局部

    Figure  5.  Local areas of wheel-rail forces

    图  6  采用RT梁模拟及轨道无不平顺时的轮轨力

    Figure  6.  Wheel-rail forces with RT beam simulation and without track irregularity

    图  7  T单元节点引起轮轨力的波动

    Figure  7.  Wheel-rail force oscillation caused by T element nodes

    图  8  C0单元位移连续性

    Figure  8.  Displacement continuity of C0 element

    图  9  轮轨力变化3

    Figure  9.  Fluctuation 3 of wheel-rail forces

    图  10  轮轨力变化4

    Figure  10.  Fluctuation 4 of wheel-rail forces

    图  11  轨道无不平顺时的轮轨力对比

    Figure  11.  Comparison of wheel-rail forces without track irregularity

    图  12  轨道有不平顺时的轮轨力对比

    Figure  12.  Comparison of wheel-rail forces with track irregularity

    表  1  不同计算方法的计算时间1

    Table  1.   Computational times 1 of different methods

    计算方法 积分步长/μs 计算时间/s
    解析方法的模态叠加法 42.1 1.427
    有限元法的协调质量阵 2.6 41.099
    有限元法的集中质量阵1 11.2 2.359
    有限元法的集中质量阵2 6.2 4.172
    有限元法的模态叠加法 41.8 7.266
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    表  2  不同计算方法的计算时间2

    Table  2.   Computational times 2 of different methods

    计算方法 积分步长/μs 计算时间/s
    解析方法的模态叠加法 13.4 4.370
    有限元法的协调质量阵 2.6 41.099
    有限元法的集中质量阵1 11.2 2.359
    有限元法的集中质量阵2 6.2 4.172
    有限元法的模态叠加法 14.3 17.896
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    表  3  不同计算方法的计算时间3

    Table  3.   Computational times 3 of different methods

    计算方法 积分步长/μs 计算时间/s
    解析方法的模态叠加法 28.2 2.089
    有限元法的D单元 6.0 45.699
    有限元法的T单元 19.6 5.620
    有限元法的EMTK单元 10.7 2.458
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    表  4  不同计算方法的计算时间4

    Table  4.   Computational times 4 of different methods

    计算方法 积分步长/μs 计算时间/s
    解析方法的模态叠加法 14.3 4.266
    有限元法的D单元 6.0 45.699
    有限元法的T单元 14.3 7.489
    有限元法的EMTK单元 10.3 2.594
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出版历程
  • 收稿日期:  2010-11-11
  • 刊出日期:  2011-04-25

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