【作品展示6】地铁轨道动力特性仿真分析报告

ftc名人堂大赛展示阶段ftc正青春第一届正青春CAE/CAD名人堂大赛开始以来，受到来自高校学生、企业工程...

作者介绍INTRODUTION

周游，专职从事有限元仿真工作，工作领域为重工行业，中级职称，擅长hypermesh，ansys/lsdyna，abaqus，matlab等软件，擅长静力学分析（模态分析，过盈分析，接触分析），非线性动力学分析（碰撞，切削，成型，流固耦合，热固耦合）

作品展示PRENTATION

目前车辆—轨道耦合模型大多用于行车动力性能分析，而在振动传递特性分析中，大多只分别考虑车辆振动或轨道结构振动，没有将两者有效结合起来，或是在车辆与轨道结合的车辆-轨道耦合模型中将车辆对轮轨振动影响较大的结构考虑为刚体，以至无法确定轮轨各频率下的主要振动特性，轮轨振动原因不明确。针对此问题，建立地铁车辆-轨道耦合系统模型，将车辆与轨道结构两个子系统通过Hertz接触弹簧链接，主要部件按实际的弹性体建模，并考虑车辆，轨道结构间的相互影响。>>>>

车辆模型在hypermesh中建立简化车辆模型如上图所示，模型主要由实体单元和壳单元组成。

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轨道模型

本次模拟的轨道模型主要包括钢轨，扣件，轨枕，垫层，钢轨，路基，材料参数如下表所示。在hypermesh中建立轨道有限元模型，其中地下地基采用弹簧单元建立，底座板采用壳单元，采用弹簧单元模拟CA砂浆，CA砂浆上面的轨道板采用壳单元，轨枕之间用黄颜色的梁单元来模拟链接钢管，支撑钢轨的扣件采用弹簧单元，最上面的钢轨采用梁单元。

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车辆轨道有限元模型

将车辆和轨道模型进行装配如下图所示，单元总数为134089，实体单元数为13967个，壳单元为52640个，梁单元和弹簧单元为67482个，节点数为125610个。




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其他建模关键字说明

采用LOAD_BODY_Y对车体施加Y向的重力加速度，采用*boundary_prescribed_motion_rigid对车辆施加x向的83.3m/s的速度，速度时间通过*DEFINE_CURVE来进行定义，通过*BOUNDARY_SPC_SET定义地基底部约束，设定求解时间为4.5s，设置为默认时间步长，通过*DAMPING_GLABAL设置全局阻尼为常数，通过*DAMPING_PART_STIFFNESS定义弹簧单元的瑞雷阻尼系数，通过*DATABASE_FOMAT,*DATABASE_NODAL_FORCE_GROUP,*DATABASE_BINARY_D3PLOT,*DATABASE_HISTORY_BEAM,*DATABASE_EXTENT_BINARY并联合*SET命令对要输出量进行相应设置。由于hypermesh不支持轮轨接触关键字，利用ultraedit编辑关键字，添加*RAIL_TRAIN关键字并编辑关键字内容，建立车辆轮子和轨道钢轨之间的模型，一个轨迹需要定义两个轨道，并且都是由梁单元组成，所以在轨道旁边建立了两个平行的轨道。利用LSPREPOST进行结果查看，通过前面的输出可以查看轮轨接触点的受力曲线如下图所示：

通过提取车辆上一点进行进行竖直方向的速度分析，刚开始在重力作用下下坠并与钢轨建立稳定的接触，后面在弹性作用下回弹，震荡过后趋于平稳。

作者寄语MESSAGE

在公司主要支持各大事业部仿真分析任务，验证产品强度，优化结构，为产品设计提供技术支持和价值参考。完成各种公司仿真300余项，包括多款整机强度分析，部件强度分析，验证产品性能，结构强度，并对多款产品及结构提出了合理的参考意见，意见采纳率80%以上；对售后产品故障进行仿真分析，找出20余项故障原因并得到改善；完成多款车身驾驶室fops/rops分析，正碰分析，静压分析，驾驶室通过吉林大学fops/rops资格验证，验证了仿真的正确性；完成某大学设计新设计桥梁的强度验证，为桥梁减重，结构优化提供了指导性作用；完成某咨询公司的格栅分析碰撞分析，对格栅结构改进提出了合理意见。人生在于折腾，用数字化样机技术武装自己，不断提升自己，为各大公司各大群体提供强大的数字化样机技术支持！

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