基于非線性電磁力分析的EMS高速磁浮系統(tǒng)車橋耦合振動研究.pdf

1、磁軌之間的電磁力是磁浮系統(tǒng)車橋耦合振動區(qū)別于輪軌系統(tǒng)車橋耦合動力學的核心問題。以往的磁浮車輛軌道梁耦合振動研究多采用線性等效彈簧阻尼來模擬電磁力，不考慮主動控制的反饋作用。德國規(guī)范中的軌道梁剛度規(guī)定只適合于小跨度軌道梁，對于中等跨度軌道梁的剛度并未涉及。本文針對當前EMS(Electromagnetic Suspension電磁懸浮)高速磁浮系統(tǒng)車橋耦合振動研究中存在的問題和不足，建立基于最優(yōu)控制的非線性電磁力模型，應用于磁浮車橋耦合振

2、動模型，并編制磁浮車橋耦合計算程序MAGLEV，通過軌道梁實測數(shù)據(jù)校核其可靠性，研究了軌道梁動力特性及中等跨度三跨連續(xù)軌道梁的合理剛度，主要工作為： 1．建立單質(zhì)量體系電磁鐵動力學模型，由電磁鐵動力學方程推導出其狀態(tài)空間表達式。求解代數(shù)Riccati方程，根據(jù)最優(yōu)控制原理確定主動控制系統(tǒng)反饋矩陣，求解電磁鐵的實時懸浮氣隙狀態(tài)和非線性電磁力。 2．軌道梁模型采用空間梁單元模擬，根據(jù)達朗貝爾原理建立磁浮車輛剛體模型，引入基于

3、主動控制的非線性電磁力模型，以懸浮氣隙為位移協(xié)調(diào)條件，非線性電磁力作為磁軌之間的作用力與反作用力，建立磁浮車輛與軌道梁耦合振動模型，編制仿真程序并校核。引入Hermite函數(shù)考慮磁浮車輛過橋時的軌道梁撓曲引起的加速度效應。 3．研究磁浮車橋耦合振動的高效數(shù)值解，改進精細時程積分法，利用矩陣指數(shù)函數(shù)在計算機字長范圍內(nèi)精確計算特點，給出了動力方程的高精度解。對于求解移動荷載過橋的動力響應，推導出移動荷載在時間步長內(nèi)跨越單元的杜哈梅爾

4、積分格式，基于外荷載Hermite插值的精細積分數(shù)值解與理論解高度一致，解的精度獨立于時間步長，大大提高計算效率。利用軌道梁實測數(shù)據(jù)驗證了MAGLEV程序的可靠性及采用基于非線性電磁力模型的必要性。數(shù)值仿真分析在磁浮荷載與高速輪軌荷載作用下軌道梁的振動形態(tài)差異及磁浮車橋振動激勵機理。 4．從軌道梁沖擊系數(shù)、軌道梁跨中最大加速度、懸浮氣隙、電磁力、控制電流、車輛振動加速度等角度，研究線性等效彈簧電磁力模型和非線性電磁力模型在磁浮車