鐵道車輛運動穩(wěn)定性及分岔類型研究.pdf

1、隨著近年來我國鐵路的不斷提速，且今進入高速動車組時代。由此帶來的車輛穩(wěn)定性問題尤其突出。我國國產(chǎn)CRH2或其衍生系列CRH380A與CRH3或其衍生系列CRH380B高速動車組在失穩(wěn)時表現(xiàn)為差異極大的兩類分岔現(xiàn)象。借由我國鐵路‘引進、消化、吸收、再創(chuàng)新’的總體戰(zhàn)略方針，求證日系動車組與歐系動車組在這類穩(wěn)定性問題上差異的原因，并揭示其在車輛參數(shù)設計上不同的基本力學原理是日今‘再創(chuàng)新’階段需要解決的問題。傳統(tǒng)的數(shù)值計算方法已較成熟，能作為求

2、出這類車輛穩(wěn)定性問題的一種有效手段，但僅僅只能做到求出是什么，但不能做到證明這類穩(wěn)定性問題現(xiàn)象的原因。因而有必要尋求一種最根本的數(shù)學方法來證明并研究，分析過程中會涉及到日今動力學在各類工程問題中的前沿課題非光滑動力學、極限環(huán)個數(shù)及分布問題等。且該證明方法在一定程度上是弱化的和局部的，完整和嚴格的說明涉及到尚未解決的Hilbert第16問題后半部分。本文具體的研究內容包括以下幾個方面:
　　(1)轉向架橫向運動數(shù)學模型的建立:考慮等

3、效錐度，懸掛元件、輪緣接觸等非線性因素。其中尤其對等效錐度、抗蛇行減振器、輪緣力的非光滑因素的建模重點說明，并將分段線性的抗蛇行減振器特性擬合為光滑特性，并進行對比。
　　(2)兩類高速轉向架橫向運動分岔的數(shù)值求解，對比極限環(huán)的各類數(shù)值算法如打靶法、延續(xù)算法、正反時間直接積分法，選用延續(xù)算法，求出CRH2與CRH3兩類轉向架分別為大幅失穩(wěn)與小幅失穩(wěn)，即對應亞臨界Hopf分岔與超臨界Hopf分岔，并分別以線路試驗與臺架試驗測試的數(shù)據(jù)

4、進行對比，驗證數(shù)值求解的正確性。
　?。?利用Hopf分岔的兩種分析方法——范式法與龐克來截面法，并進行對比。選用范式法證明兩類簡單輪對模型分別產(chǎn)生不同分岔類型的原因。求解過程采用符號計算軟件maple與數(shù)值軟件matlab的結合程序化，并推廣至高維轉向架模型，證明前已數(shù)值計算的兩類高速轉向架分別產(chǎn)生亞臨界與超臨界分岔的原因。
　　(4)基于證明過程，利用范式法分別對兩類轉向架的關鍵參數(shù)進行變參研究，分析對分岔類型影響敏感的

5、參數(shù)，找出能改變超\亞臨界分岔的關鍵參數(shù)值，為實際工程中車輛參數(shù)設計提供理論基礎。并討論一種既非超臨界也非亞臨界Hopf分岔的臨界情形。
　　(5)提出鐵道車輛完整的穩(wěn)定性與分岔問題涉及到未解決的希爾伯特第16問題后半部分的完整解答，即極限環(huán)的個數(shù)對應車輛的多次分岔問題以及極限環(huán)的分布對應車輛失穩(wěn)后振動幅值問題。
　　(6)運用代數(shù)特征根法對CRH380B整車精確的Hopf分岔點進行分析，得出與常規(guī)研究中參數(shù)對于工程定義下臨