鐵道客車系統(tǒng)橫向運動對稱-不對稱分岔行為與混沌研究.pdf

1、本文以鐵道客車系統(tǒng)為研究對象，系統(tǒng)地研究了該系統(tǒng)橫向運動的對稱/不對稱分岔行為和混沌運動等非線性動力學行為。研究表明：由于各自由度之間內(nèi)在的耦合性和非線性輪軌接觸力等因素，不管是理想平直軌道上，還是非線性輪軌接觸關系下直線軌道上運行的車輛系統(tǒng)，又或者是曲線軌道運行的不對稱車輛系統(tǒng)，都有可能出現(xiàn)不對稱的分岔行為和混沌運動。
　　 第1章從鐵道車輛系統(tǒng)橫向運動穩(wěn)定性、分岔與混沌、不對稱車輛系統(tǒng)等方面的理論研究和工程應用背景出發(fā)，綜述

2、相關的研究成果，國內(nèi)外的最新發(fā)展動態(tài)和存在的主要問題，并闡述本論文擬開展的相關研究工作。
　　 第2章研究對稱的轉向架系統(tǒng)運行于理想平直軌道上的對稱/不對稱分岔行為和混沌運動。運用延續(xù)算法得到了系統(tǒng)Hopf分岔點和分岔后的周期解分支，據(jù)此確定了車輛系統(tǒng)的線性和非線性臨界速度。同時，為了反映系統(tǒng)運動關于軌道中心線的對稱/不對稱狀態(tài)，提出“合成分岔圖”的構造方法，并利用該方法全面分析了對稱轉向架系統(tǒng)的實際運動形式和對稱狀態(tài)。研究表明

3、，系統(tǒng)存在著大量的對稱與不對稱運動形式，包括簡單的單周期運動、倍周期運動、混沌運動以及夾雜其間的若干多周期運動窗口。
　　 第3章研究轉向架系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)曲線軌道運行時不對稱的分岔行為及其表征。由于整個系統(tǒng)關于軌道中心線是不對稱的，因此系統(tǒng)表現(xiàn)出完全不對稱的運動狀態(tài)。為了準確反映曲線軌道運行時左右輪輪緣與鋼軌的接觸情況和運動關于軌道中心線的不對稱特點，提出曲線軌道“最大-最小值”分岔圖的構造方法，并應用該方法對穩(wěn)態(tài)曲線軌道上轉向架系統(tǒng)

4、的運動形式、對稱狀態(tài)和輪緣接觸情況進行了分析與討論。研究表明，穩(wěn)態(tài)曲線軌道運行的不對稱轉向架系統(tǒng)不儀平衡位置是偏離軌道中心線的，而且系統(tǒng)的非線性臨界速度也要比直線軌道對稱轉向架系統(tǒng)的非線性臨界速度低，且曲線軌道非線性臨界速度隨著曲率半徑的減小而降低。
　　 第4章研究對稱的非線性輪軌接觸關系下轉向架系統(tǒng)的對稱/不對稱性分岔行為和混沌運動，所討論的轉向架系統(tǒng)仍應該是關于軌道中心線對稱的。對臨界速度的分析表明，由非線性輪軌接觸關系得

5、到的非線性臨界速度要比由線性輪軌接觸幾何關系得到的非線性臨界速度小一些，計算結果是偏于安全的。同時，通過部分參數(shù)對車輛臨界速度的影響曲線分析后發(fā)現(xiàn)，由非線性輪軌接觸關系得到的結果與實際車輛運行和實驗情況吻合較好，因此建議在車輛動力學行為的分析中，盡量考慮非線性輪軌接觸關系，由此得到的結果作為車輛設計、實驗及運行的依據(jù)會更安全和更合理。此外，采用“升-降速”方法對轉向架系統(tǒng)分岔行為的研究發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)由亞臨界Hopf分岔引起的跳躍現(xiàn)象不突出，

6、同樣會存在不對稱的運動形式。
　　 第5章研究Vermeulen-Johnson蠕滑力和分段線性函數(shù)表達的輪緣力作用下整車模型直線軌道運行的對稱/不對稱分岔行為，并對系統(tǒng)運動對稱性破壞的規(guī)律進行探討。對臨界速度的研究表明，由整車系統(tǒng)得到的非線性臨界速度比由轉向架系統(tǒng)得到的非線性臨界速度低一些，計算結果偏于安全。對整車系統(tǒng)分岔行為和混沌運動的研究則表明，系統(tǒng)存在多個對稱/不對稱周期運動、多個對稱/不對稱擬周期運動、多個對稱/不對稱