仿真分析技術是軌道車輛設計技術的重要研究方向之一, 是提升高速
列車設計水平和運行品質的重要手段。 我國國土面積大, 覆蓋高溫、 高
濕、 高海拔等多種地理環(huán)境條件, 高速列車運行時面臨著強度、 疲勞、 碰
撞、 振動、 噪聲、 動力學、 空氣動力學、 電磁兼容等眾多學科相關的內外
部影響和激勵, 仿真分析遵循的方法各異。 中車唐山公司通過多年的研
究, 搭建了軌道車輛相關學科仿真技術體系, 形成了仿真平臺、 仿真數(shù)據(jù)
庫及仿真流程管理等一系列知識產權體系, 掌握了大量仿真分析與優(yōu)化設
計的各學科工程化應用經(jīng)驗。
本書從高速列車和城軌列車兩個角度, 通過軌道交通車輛仿真設計技
術以及相關標準介紹, 分別闡述了強度、 碰撞、 減振降噪、 動力學、 空氣
動力學、 電磁兼容等學科的仿真分析技術及實例運用, 向廣大讀者介紹軌
道交通行業(yè)的車輛仿真分析及驗證技術。 本書從軌道交通行業(yè)典型仿真分
析案例出發(fā), 結合軌道車輛設計需求, 由淺入深地講解仿真分析技術在軌
道車輛上的工程化應用研究現(xiàn)狀及相關關鍵技術, 為軌道交通行業(yè)的技術
人員提供參考。 本書也可以作為軌道交通行業(yè)相關科研院所研究人員、 高
校師生等學習仿真分析技術的入門教程或參考書。
第 1 章 軌道車輛驗證需求與仿真平臺 ……………………………………………………… 1
1. 1 軌道車輛仿真驗證需求 ………………………………………………………………… 1
1. 2 仿真流程管理 …………………………………………………………………………… 3
1. 3 仿真數(shù)據(jù)庫 ……………………………………………………………………………… 7
1. 3. 1 系統(tǒng)體系結構 ……………………………………………………………………… 7
1. 3. 2 主要功能 …………………………………………………………………………… 9
第 2 章 強度分析與應用實例 ……………………………………………………………… 21
2. 1 車輛強度仿真分析方法………………………………………………………………… 21
2. 1. 1 評價標準 …………………………………………………………………………… 21
2. 1. 2 建模規(guī)范 …………………………………………………………………………… 22
2. 1. 3 試驗方法 …………………………………………………………………………… 26
2. 2 動車組強度仿真分析與試驗驗證……………………………………………………… 26
2. 2. 1 車體結構簡介 ……………………………………………………………………… 26
2. 2. 2 坐標系定義 ………………………………………………………………………… 26
2. 2. 3 車體仿真分析工況 ………………………………………………………………… 27
2. 2. 4 車體有限元模型 …………………………………………………………………… 29
2. 2. 5 有限元仿真分析結果 ……………………………………………………………… 30
2. 2. 6 試驗應變片編號及具體位置 ……………………………………………………… 32
2. 2. 7 仿真與試驗對比工況 ……………………………………………………………… 36
2. 2. 8 仿真與試驗對比分析結果 ………………………………………………………… 37
2. 2. 9 仿真計算與試驗結果一致性分析 ………………………………………………… 38
2. 3 城軌車輛強度仿真分析與試驗驗證…………………………………………………… 39
2. 3. 1 車體結構簡介 ……………………………………………………………………… 39
2. 3. 2 坐標系定義 ………………………………………………………………………… 39
2. 3. 3 車體仿真分析工況 ………………………………………………………………… 40
2. 3. 4 車體有限元模型 …………………………………………………………………… 42
2. 3. 5 有限元仿真分析結果 ……………………………………………………………… 42
2. 3. 6 試驗應變片編號及具體位置 ……………………………………………………… 44
2. 3. 7 仿真與試驗對比工況 ……………………………………………………………… 49
2. 3. 8 仿真與試驗對比分析結果 ………………………………………………………… 49
2. 3. 9 仿真計算與試驗結果一致性分析 ………………………………………………… 53
第 3 章 碰撞仿真分析與應用實例 ………………………………………………………… 56
3. 1 車輛碰撞仿真分析方法………………………………………………………………… 56
3. 1. 1 評價標準 …………………………………………………………………………… 56
3. 1. 2 算法原理 …………………………………………………………………………… 56
3. 1. 3 分析方法 …………………………………………………………………………… 59
3. 2 動車組碰撞仿真分析與驗證…………………………………………………………… 62
3. 2. 1 車體結構簡介 ……………………………………………………………………… 62
3. 2. 2 坐標系定義 ………………………………………………………………………… 62
3. 2. 3 車鉤模型建立 ……………………………………………………………………… 63
3. 2. 4 有限元模型 ………………………………………………………………………… 64
3. 2. 5 碰撞仿真分析計算工況 …………………………………………………………… 65
3. 2. 6 碰撞仿真分析計算結果 …………………………………………………………… 67
3. 3 城軌車輛碰撞仿真分析………………………………………………………………… 86
3. 3. 1 車體結構簡介 ……………………………………………………………………… 86
3. 3. 2 坐標系定義 ………………………………………………………………………… 86
3. 3. 3 車鉤模型建立 ……………………………………………………………………… 87
3. 3. 4 有限元模型 ………………………………………………………………………… 88
3. 3. 5 碰撞仿真分析計算工況 …………………………………………………………… 89
3. 3. 6 碰撞仿真分析計算結果 …………………………………………………………… 90
第 4 章 減振降噪分析與應用實例 ………………………………………………………… 105
4. 1 車輛振動噪聲概念 …………………………………………………………………… 105
4. 1. 1 噪聲的概念 ……………………………………………………………………… 105
4. 1. 2 噪聲的物理量度 ………………………………………………………………… 105
4. 1. 3 噪聲的評價方法 ………………………………………………………………… 106
4. 1. 4 軌道交通列車噪聲組成 ………………………………………………………… 108
4. 1. 5 噪聲特性分析 …………………………………………………………………… 110
4. 2 聲學設計開發(fā) ………………………………………………………………………… 112
4. 2. 1 明確設計任務 …………………………………………………………………… 112
4. 2. 2 噪聲總體開發(fā)流程 ……………………………………………………………… 113
4. 2. 3 低噪聲頂層性能設計與審查 …………………………………………………… 115
4. 2. 4 車內外噪聲的測量標準 ………………………………………………………… 116
4. 3 動車組減振降噪設計與驗證 ………………………………………………………… 119
4. 3. 1 項目研究技術路線 ……………………………………………………………… 119
4. 3. 2 動車組客室振動噪聲優(yōu)化方案研究 …………………………………………… 120
4. 4 城軌減振降噪設計與驗證 …………………………………………………………… 134
4. 4. 1 噪聲指標要求 …………………………………………………………………… 134
4. 4. 2 降噪目標設置 …………………………………………………………………… 135
4. 4. 3 仿真分析校核 …………………………………………………………………… 136
4. 4. 4 降噪實施措施 …………………………………………………………………… 139
第 5 章 動力學分析與應用實例 …………………………………………………………… 143
5. 1 車輛系統(tǒng)動力學概論 ………………………………………………………………… 143
5. 1. 1 車輛系統(tǒng)動力學理論概述 ……………………………………………………… 143
5. 1. 2 車輛系統(tǒng)動力學研究與應用 …………………………………………………… 150
5. 2 車輛系統(tǒng)動力學設計方法 …………………………………………………………… 152
5. 2. 1 車輛系統(tǒng)動力學評價方法和指標 ……………………………………………… 152
5. 2. 2 車輛系統(tǒng)動力學仿真方法 ……………………………………………………… 158
5. 3 車輛系統(tǒng)動力學性能評估及優(yōu)化 …………………………………………………… 165
5. 3. 1 車輛系統(tǒng)動力學性能預測 ……………………………………………………… 166
5. 3. 2 車輛系統(tǒng)動力學性能優(yōu)化 ……………………………………………………… 170
第 6 章 空氣動力學分析與應用實例 ……………………………………………………… 179
6. 1 列車空氣動力學概論 ………………………………………………………………… 179
6. 1. 1 流體力學的基本概念 …………………………………………………………… 179
6. 1. 2 計算流體力學的基本概念 ……………………………………………………… 182
6. 1. 3 流體運動及換熱的基本控制方程 ……………………………………………… 185
6. 1. 4 湍流模型 ………………………………………………………………………… 187
6. 1. 5 近壁面模型 ……………………………………………………………………… 187
6. 1. 6 CFD 求解計算的方法 …………………………………………………………… 190
6. 1. 7 網(wǎng)格簡介 ………………………………………………………………………… 191
6. 2 動車組空氣動力學性能評估 ………………………………………………………… 194
6. 2. 1 動車組流場計算模型 …………………………………………………………… 194
6. 2. 2 流場計算結果分析 ……………………………………………………………… 200
6. 3 新頭型多學科優(yōu)化設計 ……………………………………………………………… 209
6. 3. 1 參數(shù)化幾何模型的建立 ………………………………………………………… 210
6. 3. 2 優(yōu)化設計變量的選取及 CATIA 腳本程序的修改 ……………………………… 214
6. 3. 3 氣動力優(yōu)化設計流程搭建 ……………………………………………………… 217
6. 3. 4 流場計算及優(yōu)化結果分析 ……………………………………………………… 220
6. 3. 5 設計參數(shù)與氣動力相關性分析 ………………………………………………… 223
6. 3. 6 優(yōu)化設計變量對氣動力的影響 ………………………………………………… 224
第 7 章 電磁兼容分析與應用實例 ………………………………………………………… 229
7. 1 電磁兼容概論 ………………………………………………………………………… 229
7. 2 車內低頻磁場輻射強度分析 ………………………………………………………… 229
7. 2. 1 限制標準 ………………………………………………………………………… 230
7. 2. 2 架空接觸網(wǎng)產生的交變磁場 …………………………………………………… 230
7. 2. 3 交變磁場分布及屏蔽仿真分析 ………………………………………………… 231
7. 2. 4 靜磁場分布及屏蔽仿真分析 …………………………………………………… 233
7. 2. 5 動車組車內磁場現(xiàn)場測試分析 ………………………………………………… 234
7. 3 車頂高壓設備電場分布仿真計算 …………………………………………………… 236
7. 3. 1 計算參照標準 …………………………………………………………………… 236
7. 3. 2 計算過程 ………………………………………………………………………… 236
7. 3. 3 斷開主斷路器仿真結果 ………………………………………………………… 238
7. 3. 4 閉合主斷路器仿真結果 ………………………………………………………… 242
參考文獻 ……………………………………………………………………………………… 247
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