鐵道客車系統(tǒng)橫向運(yùn)動(dòng)對(duì)稱-不對(duì)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(duì)象，系統(tǒng)地研究了該系統(tǒng)橫向運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱/不對(duì)稱分岔行為和混沌運(yùn)動(dòng)等非線性動(dòng)力學(xué)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(guān)系下直線軌道上運(yùn)行的車輛系統(tǒng)，又或者是曲線軌道運(yùn)行的不對(duì)稱車輛系統(tǒng)，都有可能出現(xiàn)不對(duì)稱的分岔行為和混沌運(yùn)動(dòng)。
　　 第1章從鐵道車輛系統(tǒng)橫向運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性、分岔與混沌、不對(duì)稱車輛系統(tǒng)等方面的理論研究和工程應(yīng)用背景出發(fā)，綜述

2、相關(guān)的研究成果，國(guó)內(nèi)外的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)和存在的主要問題，并闡述本論文擬開展的相關(guān)研究工作。
　　 第2章研究對(duì)稱的轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)運(yùn)行于理想平直軌道上的對(duì)稱/不對(duì)稱分岔行為和混沌運(yùn)動(dòng)。運(yùn)用延續(xù)算法得到了系統(tǒng)Hopf分岔點(diǎn)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(shí)，為了反映系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)關(guān)于軌道中心線的對(duì)稱/不對(duì)稱狀態(tài)，提出“合成分岔圖”的構(gòu)造方法，并利用該方法全面分析了對(duì)稱轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)形式和對(duì)稱狀態(tài)。研究表明

3、，系統(tǒng)存在著大量的對(duì)稱與不對(duì)稱運(yùn)動(dòng)形式，包括簡(jiǎn)單的單周期運(yùn)動(dòng)、倍周期運(yùn)動(dòng)、混沌運(yùn)動(dòng)以及夾雜其間的若干多周期運(yùn)動(dòng)窗口。
　　 第3章研究轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)曲線軌道運(yùn)行時(shí)不對(duì)稱的分岔行為及其表征。由于整個(gè)系統(tǒng)關(guān)于軌道中心線是不對(duì)稱的，因此系統(tǒng)表現(xiàn)出完全不對(duì)稱的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。為了準(zhǔn)確反映曲線軌道運(yùn)行時(shí)左右輪輪緣與鋼軌的接觸情況和運(yùn)動(dòng)關(guān)于軌道中心線的不對(duì)稱特點(diǎn)，提出曲線軌道“最大-最小值”分岔圖的構(gòu)造方法，并應(yīng)用該方法對(duì)穩(wěn)態(tài)曲線軌道上轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)

4、的運(yùn)動(dòng)形式、對(duì)稱狀態(tài)和輪緣接觸情況進(jìn)行了分析與討論。研究表明，穩(wěn)態(tài)曲線軌道運(yùn)行的不對(duì)稱轉(zhuǎn)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(duì)稱轉(zhuǎn)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(duì)稱的非線性輪軌接觸關(guān)系下轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)的對(duì)稱/不對(duì)稱性分岔行為和混沌運(yùn)動(dòng)，所討論的轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)仍應(yīng)該是關(guān)于軌道中心線對(duì)稱的。對(duì)臨界速度的分析表明，由非線性輪軌接觸關(guān)系得

5、到的非線性臨界速度要比由線性輪軌接觸幾何關(guān)系得到的非線性臨界速度小一些，計(jì)算結(jié)果是偏于安全的。同時(shí)，通過部分參數(shù)對(duì)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(guān)系得到的結(jié)果與實(shí)際車輛運(yùn)行和實(shí)驗(yàn)情況吻合較好，因此建議在車輛動(dòng)力學(xué)行為的分析中，盡量考慮非線性輪軌接觸關(guān)系，由此得到的結(jié)果作為車輛設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)及運(yùn)行的依據(jù)會(huì)更安全和更合理。此外，采用“升-降速”方法對(duì)轉(zhuǎn)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(huì)存在不對(duì)稱的運(yùn)動(dòng)形式。
　　 第5章研究Vermeulen-Johnson蠕滑力和分段線性函數(shù)表達(dá)的輪緣力作用下整車模型直線軌道運(yùn)行的對(duì)稱/不對(duì)稱分岔行為，并對(duì)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)對(duì)稱性破壞的規(guī)律進(jìn)行探討。對(duì)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(zhuǎn)向架系統(tǒng)得到的非線性臨界速度低一些，計(jì)算結(jié)果偏于安全。對(duì)整車系統(tǒng)分岔行為和混沌運(yùn)動(dòng)的研究則表明，系統(tǒng)存在多個(gè)對(duì)稱/不對(duì)稱周期運(yùn)動(dòng)、多個(gè)對(duì)稱/不對(duì)稱擬周期運(yùn)動(dòng)、多個(gè)對(duì)稱/不對(duì)稱