車輛動力學(xué)計算建模手冊

1、鐵路車輛動力學(xué)計算 SIMPACK 建模過程1 創(chuàng)建文件主窗口FileOpen File，彈出文件選擇窗口。選擇合適的文件目錄，點擊 New，輸入文件名，OK。主菜單MSetup，彈出建模窗口，同時創(chuàng)建了基本模型，該基本模型一個坐標(biāo)參考系（Isys），一個（Body）和一個副（joint）。2 設(shè)置環(huán)境2.1 設(shè)置重力建模窗口GlobalsGravity，彈出重力設(shè)置窗口。將重力設(shè)置為 Z 方向+9.81，OK。2.2 設(shè)置視圖建模窗口ViewView Setup，彈出視圖設(shè)置窗口。選擇【Standard Views】中的【wheel/Rail: Perspective view】，OK。3

2、創(chuàng)建第 1 個輪對3.1 創(chuàng)建輪對建模窗口ElementBodies，彈出將 Body1 重命名為 Wheelset1。窗口。雙擊 Wheelset1，彈出參數(shù)設(shè)置窗口。設(shè)置輪對的參數(shù)：輪對的質(zhì)量為 1654kg，輪對的搖頭轉(zhuǎn)動慣量為 726 kg.m.m。3.2 創(chuàng)建輪對的外形選擇【3D Geometry】，彈出外形設(shè)置窗口。雙擊$P_Wheelset1_Cuboid，出現(xiàn)設(shè)置外形參數(shù)窗口。設(shè)置車軸外形參數(shù)，見上圖，OK。回到回到外形設(shè)置窗口，OK。設(shè)置窗口，OK。4 創(chuàng)建輪對的4.1 創(chuàng)建輪對的副和輪軌接觸副ElementsJoints，出現(xiàn)副窗口，雙擊$J_Wheelset1，出現(xiàn)副設(shè)置

3、窗口。選擇 07 號副，設(shè)置初始狀態(tài)。4.2 創(chuàng)建輪軌接觸選擇【Generate/Update Wheel-Rail Elements of Joint】，出現(xiàn)輪軌接觸窗口。選擇 OK，回到副設(shè)置窗口。點擊【Assemble System】，OK，完成車輪及輪軌接觸模型文件名：Ametro_01。副設(shè)置。5 設(shè)置初始軌道GlobalsTrack，出現(xiàn)軌道設(shè)置窗口。SIMPACK 中，可以設(shè)置六種軌道形式：（1）（2）（3）（4）（5）（6）5.1 直線直線； 圓曲線；直線+緩和曲線+圓曲線；直線+緩和曲線+圓曲線+緩和曲線+直線； 兩段方向曲線+直線；道岔；【Toplogy】選擇 Straig

4、ht Track，輸入線路總長度，OK。程序調(diào)試時，通常采用直線形式。模型文件名：Ametro_02。5.2 曲線曲線需要選擇以下參數(shù)：（1） 緩和曲線超高類型（S 形、直線形）；（2） 超高形式（中心線、內(nèi)軌式）曲線的設(shè)置以下參數(shù)：（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）直線長度：緩和曲線長度； 圓曲線半徑； 曲線超高；超高測量值（默認(rèn) 1.506m）；圓曲線長度；線路總長度；6 設(shè)置車輛總體參數(shù)6.1 車輛總體參數(shù)初步設(shè)置GlobalsVehicle Globals，出現(xiàn)車輛總體參數(shù)設(shè)置窗口。設(shè)置輪對類型【W(wǎng)heelsets of Type】：Wheelset1設(shè)置車輛速度【v_vehi

5、cle】：10m/s；設(shè)置軌道參數(shù)模式【Rail gauge given by】：Track Gauge設(shè)置左輪滾動圓半徑：0.42m； 設(shè)置右輪滾動圓半徑：0.42m；設(shè)置車輪滾動圓橫向間距之半：(1.353+2*0.07)/2=0.7465m； 設(shè)置軌距：1.435m；設(shè)置軌距測量高度：0.014；設(shè)置軌底坡：1/40；（如果沒有軌底坡，則設(shè)為“0”）設(shè)置左輪踏面外形：S1002；設(shè)置左軌外形：UIC60；設(shè)置右輪踏面外形：S1002； 設(shè)置右軌外形：UIC60；設(shè)置輪軌接觸模式：【single contact】，【constraint contact】，【Table eveluation

6、】。選擇【Apply as Defaults】，完成設(shè)置。6.2 保存設(shè)置建模窗口FileSave，建模窗口FileReload，系統(tǒng)自動完成輪對與線路的裝配， 如下圖所示。注意：由于 SIMPACK 沒有 undo 功能，因此在每一步完成后請存盤，然后重新載入模型，或者另存為一新文件。6.3 輪軌接觸幾何檢查當(dāng)對車輪踏面和軌頭外形設(shè)置完成后，可檢查輪軌接觸幾何。點擊【Check Profile/Tables】，出現(xiàn)輪軌接觸幾何檢查設(shè)置窗口以及結(jié)果窗口。6.4 輪軌接觸力計算設(shè)置點擊【Contact Force】，出現(xiàn)輪軌接觸力計算設(shè)置窗口。各選項說明如下： 蠕滑力計算理論：默認(rèn)為 Kalke

7、r 簡化理論；摩擦形式：默認(rèn)為常數(shù)；摩擦系數(shù)：默認(rèn)取 0.4；車輪正小于等于零時：（1）終止計算；（2）垂向載荷變?yōu)榱?；注意：以上選項的輪對抬高量時：條件時輪軌副設(shè)置為 07 或 09。（1） 不作處理；（2）跳起 5mm 時終止計算；（3）爬起 5mm 時終止計算。6.5 輪軌接觸模式6.5.1 單點與多點接觸單點接觸：一點接觸多點接觸：最多三點接觸踏面、輪緣、輪背各一點。6.5.2 剛性與彈性接觸剛性接觸：（1）（2）（3）（4）法向力等于約束力；避免高頻振動，運算速度快；車輪只“假抬起”；可進行單點、多點接觸計算。彈性接觸：（1）（2）（3）（4）（5）用單側(cè)彈簧和阻尼（18 號法向力等

8、于彈簧和阻尼合力； 高頻振動，計算速度慢；車輪可能抬起；僅適用于單點接觸。）代替約束；6.5.3 輪軌接觸模式的選擇（1）（2）（3）（4）（5）（6）調(diào)試模型單點剛性接觸，不跳起；平穩(wěn)性計算，線路激擾小單點剛性接觸，不平穩(wěn)性計算，線路激擾大單點剛性接觸， 脫軌安全性計算，大曲線單點彈性接觸，脫軌安全性計算，小曲線多點剛性接觸，跳起； 跳起； 跳起；跳起；曲線通過計算，可能出現(xiàn)大沖角在線輪軌力計算；模型文件名：Ametro_03。7 創(chuàng)建第 2 個輪對7.1 創(chuàng)建輪對ElementBodies，彈出窗口。新建一個，命名為 Wheelset2，彈出參數(shù)設(shè)置窗口。設(shè)置輪對的參數(shù)：輪對的質(zhì)量為 16

9、54kg，輪對的搖頭轉(zhuǎn)動慣量為 726 kg.m.m。7.2 創(chuàng)建輪對的副和輪軌接觸ElementsJoints，出現(xiàn)副窗口（備注：每創(chuàng)建一個時，系統(tǒng)自動在該上創(chuàng)建一個選擇 07 號副）。雙擊$J_Wheelset2，出現(xiàn)副設(shè)置窗口。副，設(shè)置初始狀態(tài)，S=2.5m（軸距）。選擇【Generate/Update Wheel-Rail Elements of Joint】，出現(xiàn)輪軌接觸窗口。選擇【W(wǎng)heelset Type】與第 1 個輪對相同：WheelsetType_1，OK。回到副設(shè)置窗口，點擊【Assemble System】，OK。7.3 保存設(shè)置建模窗口FileSave，建模窗口Fil

10、eReload，系統(tǒng)自動完成輪對與線路的裝配。7.4 創(chuàng)建輪對的副和輪軌接觸由于輪對的類型與第 1 個輪對相同，因此不需要再設(shè)置參數(shù)。如果兩個輪對的參數(shù)不同，則需要設(shè)置該參數(shù)。模型文件名：Ametro_04。8 創(chuàng)建構(gòu)架8.1 創(chuàng)建構(gòu)架ElementBodies，彈出窗口。新建一個，命名為 frame1，彈出參數(shù)設(shè)置窗口。設(shè)置構(gòu)架的參數(shù)：動車構(gòu)架的質(zhì)量為 3970kg，搖頭轉(zhuǎn)動慣量為 4716kg.m.m（Izz），側(cè)滾轉(zhuǎn)動慣量為 2058kg.m.m（Ixx），點頭轉(zhuǎn)動慣量為 2936kg.m.m（Iyy）。構(gòu)架的質(zhì)心為（0，0，-0.5），質(zhì)心位置這樣設(shè)置的好處是使得構(gòu)架參考系的高度在軌面

11、上，便于構(gòu)架上其它 Marker 點的位置設(shè)置，這時在構(gòu)架構(gòu)架其它參數(shù)設(shè)置如下圖所示。副中的高度不需要設(shè)置。8.2 創(chuàng)建構(gòu)架的外形8.2.1 構(gòu)架的側(cè)梁選擇【3D Geometry】，出現(xiàn)幾何圖形設(shè)置窗口。重新名為 Frame，選中進入圖形設(shè)置窗口?！綯ype】選擇 22：Wheel Rail Bogie。設(shè)置參數(shù)如上圖，OK。8.2.2 構(gòu)架的前橫梁在幾何圖形設(shè)置窗口，增加新的幾何圖形 travf，進入圖形設(shè)置窗口?！綯ype】選擇 01：Cubiod，設(shè)置參數(shù)如上圖，OK。8.2.3 構(gòu)架的后橫梁在幾何圖形設(shè)置窗口，增加新的幾何圖形 travb，進入圖形設(shè)置窗口?！綢dentify to】

12、：travf，設(shè)置參數(shù)如上圖，OK。8.3 創(chuàng)建輪對的副ElementsJoint，雙擊$J_Frame，出現(xiàn)副設(shè)置窗口?！綣oint type】選擇 07:General Wheel/Rail Joint。設(shè)置初始狀態(tài)，S=1.25m（轉(zhuǎn)向架質(zhì)心縱向坐標(biāo)）。注意：不要選擇【Generate/Update Wheel-Rail Elements of Joint】。8.4 保存設(shè)置建模窗口FileSave，建模窗口FileReload。模型文件名：Ametro_05。9 創(chuàng)建一系懸掛9.1 創(chuàng)建輪對的 Marks 點ElementsBodies，選擇第 1 個輪對。選擇【Marks】，出現(xiàn) M

13、ark 點窗口。新建輪對上 Mark 點，wheelset1_PS_L（0，-1，0）和 wheelset1_PS_R（0，1，0）。注意：這里的坐標(biāo)均為相對坐標(biāo)，是相對剛性質(zhì)心的坐標(biāo)。同樣，創(chuàng)建第 2 個輪對Marks 點，wheelset2_PS_L（0，-1，0）和 wheelset2_PS_R（0，1，0）。9.2 創(chuàng)建構(gòu)架的 Marks 點Frame1_PS_FL（-1.25，-1，-0.42），F(xiàn)rame1_PS_FR（-1.25，1，-0.42） Frame1_PS_BL（1.25，-1，-0.42），F(xiàn)rame1_PS_BR（1.25，1，-0.42）實際上，構(gòu)架上的 Mark

14、 點與輪對的 Mark 點在空間的位置重合。9.3 創(chuàng)建一系彈簧ElementsForces，新建一個力PS_FL1，出現(xiàn)了力設(shè)置窗口?！綟orce Type】選擇 05:Spirng Damper parallel Cmp，設(shè)置一系彈簧參數(shù)，如上圖。小技巧：選擇【From Marker i】和【To Marker j】的順序時，應(yīng)盡量使得預(yù)平衡載荷【Nonimal Force】為負值。如果預(yù)平衡載荷為正值，可能回出現(xiàn)車輪離開軌道的情況，影響積分的速度，這時可將【From Marker i】和【To Marker j】的順序顛倒，就能解決問題。選擇【3D Graph】，出現(xiàn)力形狀設(shè)置窗口。設(shè)置

15、力外形，如上圖，OK。同理，設(shè)置其它一系垂向彈簧力9.4 保存設(shè)置，PS_FR1，PS_BL1，PS_BR1。建模窗口FileSave，建模窗口FileReload。模型文件名：Ametro_06。10 模型檢查10.1度檢查建模窗口GlobalsVehicle Globals，出現(xiàn)車輛參數(shù)設(shè)置窗口。速度設(shè)為 1m/s，【Apply as Defaule】。建模窗口FileSave。主窗口CalculationTest CallPerformance。檢查各副的度。主窗口PostProcessStates Plots。如果模型中所有副的度接近零值，說明模型沒有錯誤。如果模型中某個副的度很大（如

16、達到 10g 左右），說明給副錯誤。如果模型中某個副的 Z 向度為 1g 左右，說明該模型初始狀態(tài)沒有平衡。10.2 載荷預(yù)平衡建模時，各預(yù)載荷以平衡重力。關(guān)閉建模窗口。的位置通常是取空車（重車）的平衡位置，因此必須對垂向彈簧施加主窗口CalculationNonimal Forces，出現(xiàn)載荷預(yù)平衡窗口。點擊【Initialise with All】，需要計算的 Force Element 出現(xiàn)。點擊【Perform Calculation】，計算結(jié)果窗口出現(xiàn)。檢查各力上載荷的對稱性，如果某一力與其它同類的載荷相差較大，說明該力錯誤。小技巧：如果預(yù)平衡載荷為正值，可將力的順序顛倒，就能解決問

17、題。的【From Marker i】和【To Marker j】當(dāng)各力點擊 OK。上載荷很對稱時，點擊【Save】，出現(xiàn)計算結(jié)果保持窗口，按圖示選擇后，點擊【Exit】，預(yù)載荷計算窗口。10.3 計算檢查進入建模窗口。建模窗口CalculationTime Integration，出現(xiàn)時域積分窗口。選擇【Go】。如果轉(zhuǎn)向架圖形開始模型文件名：Ametro_06。，說明模型正常。否則，自動該窗口。11 創(chuàng)建另一個轉(zhuǎn)向架11.1 創(chuàng)建第 3 個輪對ElementBodies，新建一個，命名為 Wheelset3。設(shè)置輪對的參數(shù)：輪對的質(zhì)量為 1654kg，輪對的搖頭轉(zhuǎn)動慣量為 726 kg.m.m

18、。ElementsJoints，雙擊$J_Wheelset3，選擇 07 號（車輛定距）。副，設(shè)置初始狀態(tài)，S=15.7m選擇【Generate/Update Wheel-Rail Elements of Joint】，出現(xiàn)輪軌接觸窗口, 選擇 OK，回到副設(shè)置窗口。點擊【Assemble System】，OK，完成車輪及輪軌接觸FileSave，然后FileReload。模型文件名：Ametro_07。副設(shè)置。11.2 創(chuàng)建第 4 個輪對ElementBodies，新建一個，命名為 Wheelset4。設(shè)置輪對的參數(shù)：輪對的質(zhì)量為 1654kg，輪對的搖頭轉(zhuǎn)動慣量為 726 kg.m.m。E

19、lementsJoints ，雙擊$J_Wheelset3 ，選擇 07 號S=2.5+15.7=18.2m（車輛定距）。副，設(shè)置初始狀態(tài)， 選擇【Generate/Update Wheel-Rail Elements of Joint】，出現(xiàn)輪軌接觸窗口, 選擇 OK，回到副設(shè)置窗口。點擊【Assemble System】，OK，完成車輪及輪軌接觸副設(shè)置。FileSave，然后FileReload。模型文件名：Ametro_08。11.3 創(chuàng)建第 2 個構(gòu)架ElementBodies， 新建一個，命名為 frame2。設(shè)置構(gòu)架的參數(shù)：動車構(gòu)架的質(zhì)量為 3970kg，搖頭轉(zhuǎn)動慣量為 4716k

20、g.m.m（Izz），側(cè)滾轉(zhuǎn)動慣量為 2058kg.m.m（Ixx），點頭轉(zhuǎn)動慣量為 2936kg.m.m（Iyy），構(gòu)架的質(zhì)心為（0， 0，-0.5）。ElementsJoint，雙擊$J_Frame2，【Joint type】選擇 07:General Wheel/Rail Joint。設(shè)置初始狀態(tài)，S=1.25+15.7=16.95m（轉(zhuǎn)向架質(zhì)心縱向坐標(biāo)）。模型文件名：Ametro_09。11.4 創(chuàng)建一系懸掛創(chuàng)建第 3 個輪對上的 Marks 點，wheelset3_PS_L（0，-1，0）和 wheelset3_PS_R（0，1， 0）。創(chuàng)建第 4 個輪對上的 Marks 點，whe

21、elset4_PS_L（0，-1，0）和 wheelset4_PS_R（0，1， 0）。創(chuàng)建第 2 個構(gòu)架上的 Marks 點，F(xiàn)rame2_PS_FL（-1.25，-1，-0.42），F(xiàn)rame2_PS_FR（-1.25，1，-0.42），F(xiàn)rame2_PS_BL（1.25，-1，-0.42），F(xiàn)rame2_PS_BR（1.25，1，-0.42）ElementForces，創(chuàng)建力PS_FL、PS_FR、PS_BL、PS_BR，類型 05:Spirng Damperparallel Cmp，設(shè)置彈簧參數(shù)，同第 1 個轉(zhuǎn)向架。模型文件名：Ametro_10。12 創(chuàng)建車體12.1 創(chuàng)建Eleme

22、ntBodies，新建一個，命名為 Carbody。設(shè)置車體的參數(shù)：質(zhì)量為 23825kg，搖頭轉(zhuǎn)動慣量為 506504kg.m.m（Izz），點頭轉(zhuǎn)動慣量為 528628kg.m.m（Iyy），側(cè)滾轉(zhuǎn)動慣量為 33832kg.m.m（Ixx），車體的質(zhì)心為（0，0，-1.8）。設(shè)置車體的圖形，如下圖所示。12.2 創(chuàng)建副ElementsJoints ，雙擊$J_Carbody ，選擇 S=7.85+1.25=9.1m（車輛定距）。07 號副， 設(shè)置初始狀態(tài)， 12.3 保持文件FileSave，然后FileReload。模型文件名：Ametro_11。13 創(chuàng)建二系懸掛垂向彈簧13.1 第

23、1 個轉(zhuǎn)向架13.1.1 創(chuàng)建Mark 點構(gòu)架上的 Mark 點，F(xiàn)rame1_SS_L（0，-0.94，-0.75），F(xiàn)rame1_SS_R（0，0.94，-0.75）。車體上的 Mark 點，Carbody_SS_BL（-7.85，-0.94，-0.75），Carbody_SS_BR（-7.85，0.94， -0.75）。13.1.2 創(chuàng)建垂向彈簧ElementsForces，創(chuàng)建力SS_BL。【Force Type】選擇 05:Spirng Damper parallel Cmp，設(shè)置彈簧參數(shù)，如下圖。設(shè)置力外形，OK。同理，創(chuàng)建力SS_BR。13.2 第 2 個轉(zhuǎn)向架13.2.1 創(chuàng)建

24、Mark 點構(gòu)架上的 Mark 點，F(xiàn)rame2_SS_L（0，-0.94，-0.75），F(xiàn)rame2_SS_R（0，0.94，-0.75）。車體上的 Mark 點，Carbody_SS_FL（7.85，-0.94，-0.75），Carbody_SS_FR（7.85，0.94，-0.75）。13.2.2 創(chuàng)建垂向彈簧ElementsForces，創(chuàng)建力13.4 保存設(shè)置SS_FL，SS_FR，參數(shù)同前。建模窗口FileSave，建模窗口FileReload。13.4 載荷預(yù)平衡關(guān)閉建模窗口。主窗口CalculationNonimal Forces，出現(xiàn)載荷預(yù)平衡窗口。點擊【Reset Noni

25、mal and Constraint Forces】，去除原來的載荷預(yù)平衡。點擊【Initialise with All】，點擊【Perform Calculation】，計算結(jié)果窗口出現(xiàn)。檢查各力上載荷的對稱性，如果各相同位置力果保持窗口，點擊 OK。的載荷基本相等，點擊【Save】，出現(xiàn)計算結(jié)小技巧：如果力的橫向和縱向預(yù)平衡載荷很小的載荷時，使用建模窗口中CalculationTime Integration 進行模型檢查時可能無法運行。出現(xiàn)這種情況時處理如下：（1）在建模窗口內(nèi)打開 Vehicle Global 窗口，進入【Contact Force】設(shè)置窗口，將【Allow Wheel

26、 Left】設(shè)置為“Set Tx=Ty=0 when NCalculationTime Integration 進行模型檢查。打開 Vehicle Global 窗口，進入【Contact Force】設(shè)置窗口，將【Allow Wheel Left】改回原來的設(shè)置“Abort Simulation when NCalculationTime Integration 再次進行模型檢查。模型文件名：Ametro_12。14 二系垂向減振器14.1 第 1 個轉(zhuǎn)向架14.1.1 創(chuàng)建Mark 點構(gòu)架上的 Mark 點，F(xiàn)rame1_SDZ_L（-0.41，-1.235，-0.4），F(xiàn)rame1_SS

27、_R（0.41，1.235，-0.4）。車體上的 Mark 點，Carbody_SDZ_BL（-7.85-0.41，-1.235，-0.9），Carbody_SDZ_BR（-7.85+0.41，1.235，-0.9）。14.1.2 創(chuàng)建垂向減振器ElementsForces，創(chuàng)建力SDZ_BL?！綟orce Type】選擇 02: Damper Ptp，設(shè)置阻尼參數(shù)，如下圖。設(shè)置力外形，OK。同理，創(chuàng)建力SDZ_BR。14.2 第 2 個轉(zhuǎn)向架14.2.1 創(chuàng)建Mark 點構(gòu)架上的 Mark 點，F(xiàn)rame2_SDZ_L（-0.41，-1.235，-0.4），F(xiàn)rame2_SS_R（0.41，

28、1.235，-0.4）。車體上的 Mark 點，Carbody_SDZ_FL（-7.85-0.41+15.7，-1.235，-0.9），Carbody_SDZ_FR（-7.85+0.41+15.7，1.235，-0.9）。14.2.2 創(chuàng)建垂向減振器ElementsForces，創(chuàng)建力模型文件名：Ametro_13。SDZ_FL，SDZ_FR，參數(shù)同前。15 橫向減振器15.1 第 1 個轉(zhuǎn)向架15.1.1 創(chuàng)建Mark 點構(gòu)架上的 Mark 點，F(xiàn)rame1_SDY（-0.21，-0.3，-0.7）。車體上的 Mark 點，Carbody_SDY_B（-7.85-0.21，0.3，-0.7）

29、。15.1.2 創(chuàng)建橫向減振器ElementsForces，創(chuàng)建力SDY_B。【Force Type】選擇 02: Damper Ptp，設(shè)置阻尼參數(shù)，如下圖。設(shè)置力外形，OK。15.2 第 2 個轉(zhuǎn)向架15.2.1 創(chuàng)建Mark 點構(gòu)架上的 Mark 點，F(xiàn)rame2_SDY（0.21，0.3，-0.7）。車體上的 Mark 點，Carbody_SDY_F（7.85+0.21，-0.3，-0.7）。備注：每轉(zhuǎn)向架只有一個橫向傳感器，車體上的橫向減振器靠外側(cè)布置。15.1.2 創(chuàng)建橫向減振器ElementsForces，創(chuàng)建力模型文件名：Ametro_14。SDY_F，參數(shù)同上。16 縱向牽引

30、彈簧16.1 第 1 個轉(zhuǎn)向架16.1.1 創(chuàng)建Mark 點構(gòu)架上的 Mark 點，F(xiàn)rame1_TR（0，0，-0.42）。車體上的 Mark 點，Carbody_TR_B（-7.85，0，-0.42）。16.1.2 創(chuàng)建牽引彈簧ElementsForces，創(chuàng)建力TR_B?！綟orce Type】選擇 05: Spring Cmp，設(shè)置彈簧參數(shù)，如下圖。設(shè)置力外形，OK。16.2 第 2 個轉(zhuǎn)向架16.2.1 創(chuàng)建Mark 點構(gòu)架上的 Mark 點，F(xiàn)rame2_TR（0，0，-0.42）。車體上的 Mark 點，Carbody_TR_F（7.85，0，-0.42）。16.2.2 創(chuàng)建牽引

31、彈簧ElementsForces，創(chuàng)建力模型文件名：Ametro_15。TR_F。彈簧參數(shù)同上。17 扭桿彈簧17.1 第 1 個轉(zhuǎn)向架17.1.1 創(chuàng)建Mark 點構(gòu)架上的 Mark 點，F(xiàn)rame1_ARB（0，0，-0.5）。車體上的 Mark 點，Carbody_ARB_B（-7.85，0，-0.5）。17.1.2 創(chuàng)建扭桿彈簧ElementsForces，創(chuàng)建力ARB_B?！綟orce Type】選擇 13:Spr-Damp rot Meas.-Inp Cmp，設(shè)置彈簧參數(shù)，如下圖。設(shè)置力外形，OK。17.2 第 2 個轉(zhuǎn)向架17.2.1 創(chuàng)建Mark 點構(gòu)架上的 Mark 點，F(xiàn)r

32、ame2_ARB（0，0，-0.5）。車體上的 Mark 點，Carbody_ARB_F（7.85，0，-0.5）。17.2.2 創(chuàng)建扭桿彈簧ElementsForces，創(chuàng)建力模型文件名：Ametro_16。TR_F。彈簧參數(shù)同上。18 橫向止檔18.1 第 1 個轉(zhuǎn)向架18.1.1 創(chuàng)建Mark 點構(gòu)架上的 Mark 點，F(xiàn)rame1_BS（0，0，-0.8）。車體上的 Mark 點，Carbody_BS_B（-7.85，0，-0.8）。18.1.2 創(chuàng)建橫向止檔力特性函數(shù)ElementsInput Functions，新建一個力特性函數(shù) BumpStop?！緓-unit】選擇 m，【y-

33、unit】選擇 N，按下圖輸入數(shù)據(jù)。選擇插值方式，【Plot】畫圖。18.1.3 創(chuàng)建橫向止檔ElementsForces，創(chuàng)建力BS_B?！綟orce Type】選擇 05:，設(shè)置彈簧參數(shù)，如下圖。設(shè)置力18.2 第 2 個轉(zhuǎn)向架18.2.1 創(chuàng)建Mark 點外形，OK。構(gòu)架上的 Mark 點，F(xiàn)rame2_BS（0，0，-0.8）。車體上的 Mark 點，Carbody_BS_F（-7.85，0，-0.8）。18.2.2 創(chuàng)建橫向止檔ElementsForces，創(chuàng)建力模型文件名：Ametro_17。BS_F，彈簧參數(shù)設(shè)置同上。19 模型檢查19.1 載荷預(yù)平衡關(guān)閉建模窗口。主窗口Calc

34、ulationNonimal Forces，出現(xiàn)載荷預(yù)平衡窗口。點擊【Reset Nonimal and Constraint Forces】，去除原來的載荷預(yù)平衡。點擊【Initialise with All】，點擊【Perform Calculation】，計算結(jié)果窗口出現(xiàn)。檢查各力上載荷的對稱性。如果各相同位置力果保持窗口，點擊 OK。19.2 計算檢查進入建模窗口。的載荷基本相等，點擊【Save】，出現(xiàn)計算結(jié)建模窗口CalculationTime Integration，出現(xiàn)時域積分窗口，選擇【Go】。如果轉(zhuǎn)向架圖形開始，說明模型正常。否則，自動19.3 保持文件建模窗口FileSav

35、e，F(xiàn)ileReload。該窗口。20 振型分析20.1 模型線性化20.1.1 輪軌接觸線性化建模窗口GlobalsVehicle Globals，出現(xiàn)車輛總體參數(shù)設(shè)置窗口。【W(wǎng)heel/Rail Profile Geometry】選擇“Linearsed”，點擊【Define】。選擇【Harmonic Linearisation】，然后點擊【Linearise】，回到上級窗口。20.1.2 狀態(tài)參數(shù)線性化建模窗口GlobalsLinearisation States，出現(xiàn)狀態(tài)參數(shù)線性化窗口。選擇【Copy All Joint States to Linearization State】，點

36、擊【OK】。20.1.3 保持文件建模窗口FileSave，F(xiàn)ileReload，文件 Ametro_18。20.2 特征根計算主窗口CalculationEigenvaluse，出現(xiàn)特征根計算窗口。點擊【Perform】，計算結(jié)果如下圖。特征根計算窗口FileSave。20.3 振型顯示建模窗口AnimationMode shapes，出現(xiàn) Animation Control Panal。選擇振型后，動畫速度和模式可調(diào)整。20.3 車輛的振型車輛的振型如下表所示。頻率（HZ）阻尼比（%）序次振型123456789101112131415車體下心滾擺車體浮沉車體搖頭車體上心滾擺車體點頭前后構(gòu)架

37、同相浮沉前后構(gòu)架反相浮沉前后構(gòu)架反相點頭前后構(gòu)架同相點頭前后構(gòu)架反相側(cè)滾前后構(gòu)架同相側(cè)滾前后構(gòu)架反相橫移前后構(gòu)架同相橫移前后構(gòu)架同相搖頭前后構(gòu)架反相搖頭0.75931.30801.46912.00032.04925.86835.93438.12778.12948.94989.022613.075413.075420.857520.858414.8314.9046.9022.4326.9330.4628.3628.3622.4441.9542.957.427.460.810.8120 車輪踏面任一形狀的車輪踏面需要經(jīng)過兩個步驟才能被程序應(yīng)用。1：將車輪踏面的數(shù)據(jù)文件載入，該步驟是在“Profil

38、e Approximation”窗口下完成的。2：生成輪軌接觸數(shù)據(jù)表，該步驟是在建模窗口下的“Vehicle Globals” 窗口下完成的。20.1 車輪踏面的數(shù)據(jù)文件載入20.1.1 數(shù)據(jù)文件格式SIMPACK 使用右輪、右軌作為默認(rèn)的數(shù)據(jù)輸入，數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系見下圖。數(shù)據(jù)文件采用 ASCII 文件格式。車輪踏面數(shù)據(jù)文件的第 1、2 行是說明踏面字符，第 3 行是有效數(shù)據(jù)列數(shù)值，以下各行是車輪踏面的坐標(biāo)值，其中第 1 列為 Y 坐標(biāo)，必須從小到大排列，方向從左到右；第 2 列為 Z 坐標(biāo)，向上為正（指向輪心）。軌頭外形數(shù)據(jù)文件的數(shù)據(jù)文件結(jié)構(gòu)與車輪踏面的相同，其 Y 坐標(biāo)必須從小到大排列， 方向

39、從左到右，Z 坐標(biāo)向上為正（指向軌頭外）。坐標(biāo)數(shù)值的為 mm。數(shù)據(jù)文件需要保持在以下指定目錄：C:/SIMPACKv8.8/ren（用戶名）/SIMPACK.8800/dat/wheel_rail_profs_measured/20.1.2 踏面數(shù)據(jù)載入主窗口PreProcessWheel/Rail Profile Approximation，進入 Profile Approximation 窗口，如下圖?！綪rofile Type】選擇 Wheel Profile。【Z-axis of measure date】選擇 up。選擇數(shù)據(jù)文件“LM.dat”。點擊【Perform Approxim

40、ation】，生成 SIMPACK 數(shù)據(jù)文件。點擊【Save】，保持文件，【Exit】。20.2 輪軌接觸生成建模窗口GlobalsVehicle Globals，出現(xiàn)車輛總體參數(shù)設(shè)置窗口。設(shè)置左輪踏面外形：。設(shè)置右輪踏面外形：。點擊【Apply as Defaults】，。建模窗口FileSave，建模窗口FileReload。當(dāng)對車輪踏面和軌頭外形設(shè)置完成后，可檢查輪軌接觸幾何。點擊【Check Profile/Tables】，出現(xiàn) LM 與 UIC60 軌的輪軌接觸幾何結(jié)果，見下圖。LMLM文件名 Ametro_18。21 軌道不平順在 SIMPACK中，軌道不平順有以下方式：（1） 由

41、軌道不平順的 PSD 譜生成，帶有德國譜，用戶可自定義其它 PSD 譜；（2） 余弦型軌道不平順，可由程序生成或由用戶給出；（3） 實際測量的軌道不平順數(shù)據(jù)。這里僅如何使用 PSD 生成時域的軌道不平順。21.1 軌道不平順的 PSD 譜軌道不平順的 PSD 譜由建模窗口的多項式函數(shù)定義。建模窗口ElementsPolynomials，出現(xiàn)多項式函數(shù)窗口，默認(rèn)三個多項式函數(shù)，分別表示水平不平順（StochTrackEx_y），垂向不平順（StochTrackEx_z）和高度、軌距不平順（StochTrackEx_a1）。選擇方向不平順 StochTrackEx_y，雙擊后出現(xiàn)多項式函數(shù)定義窗口

42、?！綯ype】選擇 Spectral Analysis。【Coefficients Given by】選擇：Wheel Rail：DB Horizontal High。點擊 Plot，畫出方向不平順的 PSD 圖。點擊 OK，F(xiàn)ileSave，保持文件。同理得到，得到高低不平順 StochTrackEx_z 和交叉不平順 StochTrackEx_cross。21.2 軌道中加入不平順建模窗口GlobalsTrack，出現(xiàn)軌道設(shè)置窗口。【Excitation】選擇 Track-related，出現(xiàn)“Track Excitation Generator”窗口。點擊【Vetical】，選擇 08：

43、Nonlin. Stoch. by Polynomi。點擊【Parameter】，出現(xiàn)參數(shù)選擇窗口。雙擊窗口中文件，將值改為 1.0，出現(xiàn)參數(shù)表，填入相應(yīng)參數(shù)，見下圖。參數(shù)設(shè)置說明如下：（1） 第 1 行的 ID 在（0，5）區(qū)間取值，該值是隨機數(shù)的初始值，但各個方向的不平順的 ID 值不能相同；（2） 第 2 行是采樣頻率點數(shù)，用 n freq 表示；（3） 第 3 行是最高截至頻率，用 nmax 表示；第 3 行是最低截至頻率，用 nmin 表示；（4）= nmax / nmin ，這時時間歷程波形的 PSD 譜是正確的，但波形是n freq（5）如果周期很短的周期信號；如果 n freq

44、 nmax / nmin ，波形是準(zhǔn)周期的，但時間歷程波形的 PSD 譜在低頻段是不正確的； 頻率的必須是 1/m；頻率的劃分應(yīng)該是不等距的，否則 PSD 不能正確地表達；（6）（7）設(shè)置完成后，OK，回到上一級窗口。點擊【Parameter】，畫出時域的不平順曲線。同樣設(shè)置其它方向的不平順。FileSave，保持文件。模型文件名 Ameto_19。22 時域積分22.1 參數(shù)設(shè)置主窗口CalculationTime IntegrationConfigure，出現(xiàn)積分設(shè)置窗口。設(shè)置開始和結(jié)束積分時間，以及輸出點數(shù)。點擊【Save】，保持設(shè)置。必要，可改變積分。點擊【Setting】，出現(xiàn)積分方

45、式設(shè)置窗口。22.2 時域主窗口CalculationTime IntegrationPerformance with measurement ，這時會跳出一個積分過程窗口，它給出了積分過程出現(xiàn)的各種情況。23 后處理（結(jié)果輸出）模型文件名 Ameto_20，曲線通過。23.1 G2D Plots主窗口PostProcessG2D Plots，出現(xiàn) 2D 繪圖窗口。Axis 選“x”，點擊【Modify】，彈出變量窗口，選擇“Time”，OK。Curve 選中“1”。Axis 選“y”，點擊【Modify】，彈出變量窗口，選擇 4 位輪對的橫向位移，States. Joint. Positio

46、n. ZGWheelset4y，這時窗口畫圖區(qū)出現(xiàn)曲線 1，OK。Curve 選中“2”。Axis 選“y”，點擊【Modify】，彈出變量窗口，選擇 3 位輪對的橫向位移，States. Joint. Position. ZGWheelset3y，這時窗口畫圖區(qū)出現(xiàn)曲線 2，OK。依次選中其它曲線。點擊【Description】，彈出窗口，輸入圖形題頭。圖形結(jié)果可以輸出成其它文件。2D Plots 繪圖窗口FileConvertCreate BMP file， 出現(xiàn)文件名窗口，給文件重新命名，OK。2D Plots 能夠輸出以下結(jié)果：（1） States. Joint. Position.

47、ZG：各（2） States. Joint. Velocity. ZGP：各的位移；的速度。23.2 General PlotsSIMPACK8.8 版本中，將計算結(jié)果輸出功能轉(zhuǎn)移到 General Plots 模塊。主窗口PostProcess General Plots，出現(xiàn)繪圖窗口。繪圖窗口分為三個區(qū)，左邊為圖形設(shè)置區(qū)域，中間為繪圖區(qū)，右邊為結(jié)果目錄。作圖：在右邊結(jié)果目錄區(qū)域選中要作圖的內(nèi)容，拖動到中間繪圖區(qū)即可。脫軌系數(shù)等指標(biāo)在 Force output 目錄樹下。圖形結(jié)果可以輸出成其它文件。繪圖窗口FileExpert，下圖為輸出圖樣。24 平穩(wěn)性計算模型文件名 Ameto_19，直

48、線+不平順。24.1 創(chuàng)建車體上 Mark 點地板面中心線：車體中心 Carbody_Floor_C（0，0，-1.15），前轉(zhuǎn)向架中心 Carbody_Floor_F（7.85，0，-1.15），后向架中心 Carbody_Floor_B（-7.85，0，-1.15）。地板面中心線外 1 米處：前轉(zhuǎn)向架 Carbody_Floor_S1（7.85，1，-1.15），Carbody_Floor_S2（-7.85，-1，-1.15），前轉(zhuǎn)向架 Carbody_Floor_S3（7.85，1，-1.15），Carbody_Floor_S4（-7.85，-1，-1.15）。24.2 創(chuàng)建傳感器建模窗

49、口ElementsSensors，出現(xiàn)傳感器窗口。創(chuàng)建傳感器 Carbody_Floor_C，出現(xiàn)傳感器定義窗口，設(shè)置相關(guān)參數(shù)，如下圖。同理，可創(chuàng)建其它傳感器。24.3 時間積分設(shè)置軌道不平順，設(shè)置積分參數(shù)，進行時域積分。24.4 ISO2631 平穩(wěn)性指標(biāo)主窗口PostProcess General Plots，出現(xiàn)繪圖窗口。選擇 sensor acc 目錄下的 Carbody_Floor_C 的橫向度（y），拖入繪圖窗口。在左邊窗口中選中 Curve 1，繪圖窗口主菜單FormatAdd Filter，彈出濾波器窗口?！綟ilter Type】選擇 085：Statistics: WZ v

50、alue (Ride Index)【Filter Parameter】設(shè)置見下圖，OK，計算結(jié)果顯示在繪圖窗口。24.4 Sperling 平穩(wěn)性指標(biāo)SIMPACK 中沒有 Sperling 平穩(wěn)性指標(biāo)的濾波器。計算 Sperling 平穩(wěn)性指標(biāo)可通過以下兩種方式實現(xiàn)。24.4.1 將度數(shù)據(jù)輸出，使用其它計算。數(shù)據(jù)輸出的如下：繪圖窗口主菜單FileASCII Export，出現(xiàn)數(shù)據(jù)輸出窗口，輸入文件名，OK。24.4.2 使用自定義濾波器在 SIMPACK 內(nèi)定義濾波器的如下。主菜單PreProcessUser Routines，出現(xiàn)用戶自定義函數(shù)窗口。【MBS-Library】中選擇函數(shù)形式

51、：2D Filters。【External】選擇語言：Fortran 或 C。點擊【New】，創(chuàng)建一個新函數(shù)，這時出現(xiàn)函數(shù)編輯窗口。輸入函數(shù)內(nèi)容（尚未完成）。然后點擊【Compile】進行編輯，通過后點擊【Build Shared User Routines】，將其加入。進入 General Plot 窗口，在 Filter Type 中使用上述自定義的濾波器。到25 根軌跡圖SIMPACK 提供了系統(tǒng)的根軌跡圖，由它可以得到系統(tǒng)的特征根隨速度的變化趨勢，系統(tǒng)失的速度的振型。完成根軌跡圖的步驟如下：（1）（2）（3）設(shè)置速度變量；進行特征根計算； 根軌跡作圖。25.1 設(shè)置速度變量打開文件 Ametro_18。主菜單ParVariationConfigure，出現(xiàn)變量參數(shù)設(shè)置窗口。點擊【Variation Case】，出現(xiàn)變量工況窗口，重新命名為 Root_Loci。在【p1 Inner Lo