非稳态风致载荷下车体结构典型载荷谱仿真研究

作者：缪炳荣; 谭仕发; 邬平波; 杨忠坤; 曹辉

来源：机械工程学报, 2017, 53(10): 100-107.

• 车体
• 风致载荷
• 多体动力学
• 有限元
• 载荷谱

为了考虑随机风载荷对车体结构疲劳强度的影响,以某型高速列车车体结构为研究对象,提出一种计算方法研究风致载荷作用下的车体结构典型载荷谱。主要内容包括:首先,根据京津线路沿线的风谱,选择Cooper风速谱作为目标谱,以线性滤波方法(卡尔曼滤波法)模拟作用在车辆上的风速。同时,基于风速与风压关系,引入一种权重函数模拟的时域计算方法获取高速列车横风作用下非定常的气动载荷。根据车辆动力学参数、轨道不平顺特征以及沿线瞬时最大风速等建立整车多体动力学模型和确定车辆典型运行工况。在车辆动力学模型中施加气动载荷激励,评估高速列车在风致载荷工况作用下的列车运行安全性。根据提出的载荷谱仿真计算方法,提取车体结构的载荷时间历程。采用雨流计数法对其进行载荷谱编制,形成典型的车体结构风致载荷谱。研究结果表明:采用线性滤波法获取的风速功率谱与目标谱在主要频段内拟合精度较高,随机风速的最大能量分布集中于0.013 Hz范围内;通过引入权重函数的气动力计算可以有效过滤气动力中的高频脉动成分,能够真实反映实际气动力载荷的延迟特征。该方法可以有效研究风致载荷作用下的车体结构载荷谱。

• 单位
  牵引动力国家重点实验室; 西南交通大学