2013鐵路運(yùn)輸行業(yè)成功案例

1、鐵路運(yùn)輸行業(yè)成功案例牽引制動(dòng)系統(tǒng)性能的問(wèn)題機(jī)車(chē)車(chē)輛的牽引制動(dòng)性能是關(guān)系到車(chē)輛運(yùn)行安全與否的一個(gè)重要因素。機(jī)車(chē)車(chē)輛的牽引制動(dòng)系統(tǒng)的牽引制動(dòng)性能除了要考慮牽引電機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)之外，還要考慮輪軌接觸的影響。通過(guò)MSC.ADAMS/Rail可以對(duì)機(jī)車(chē)車(chē)輛的牽引制動(dòng)性能進(jìn)行精確的仿真。利用ADAMS/Rail的模板建模方式可以很方便的建立牽引制動(dòng)系統(tǒng)的模板，然后建立牽引制動(dòng)子系統(tǒng)，再與轉(zhuǎn)向架和車(chē)體等其它子系統(tǒng)組裝成整車(chē)模型。在ADAMS/Rail中可以定義輪軌之間非線性的摩擦特性，隨著蠕滑率的變化而變化的摩擦系數(shù)是進(jìn)行牽引或制動(dòng)性能分析至關(guān)重要的特性。同時(shí)，還可以定義隨著軌道長(zhǎng)度方向變化的摩擦系

2、數(shù)，這樣可以分析鋼軌表面干燥/潮濕的影響。下面是這方面的應(yīng)用實(shí)例。實(shí)例1:VoithTurbo是德國(guó)鐵道車(chē)輛傳動(dòng)系統(tǒng)的一級(jí)供應(yīng)商，主要開(kāi)發(fā)、制造并組裝機(jī)械、液壓及電動(dòng)系統(tǒng)。他們提供鐵道動(dòng)車(chē)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，可使機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)更有效，使車(chē)輛運(yùn)營(yíng)速度更高，更舒適，并節(jié)省能源，減少噪音。(摘自: HYPERLINK )VoithTurbo公司的分析部門(mén)需要研究驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和動(dòng)車(chē)系統(tǒng)之間在牽引或制動(dòng)時(shí)的相互耦合作用，如在牽引/制動(dòng)時(shí)的軸系的諧振問(wèn)題。ADAMS/Rail、ADAMS/Flex、ADAMS/Exchange使得VoithTurbo實(shí)現(xiàn)了在其產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程內(nèi)虛擬產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的技術(shù)oADAMS/Rail的模版

3、建模方式使得VoithTurbo能夠?qū)⑵浣⒌尿?qū)動(dòng)系統(tǒng)模型與其他的供應(yīng)商提供的車(chē)輛模型(包括轉(zhuǎn)向架和車(chē)身子系統(tǒng))聯(lián)合起來(lái)建立一個(gè)包含驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的整車(chē)模型，非常容易測(cè)試配置不同驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的車(chē)輛的動(dòng)力學(xué)性能。其意義在于可以對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的諧振和穩(wěn)定性進(jìn)行研究，并進(jìn)行優(yōu)化，以使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的懸掛裝置所受的沖擊加速度不超過(guò)許可的范圍。上圖所示為考慮傳動(dòng)系統(tǒng)的整車(chē)模型在通過(guò)濕滑軌面啟動(dòng)時(shí)牽引電機(jī)的輸出扭矩隨著仿真時(shí)間的變化過(guò)程通過(guò)仿真發(fā)現(xiàn)了由于軌面的濕滑而導(dǎo)致輸出扭矩的振動(dòng)現(xiàn)象，這一現(xiàn)象是由于機(jī)車(chē)經(jīng)過(guò)濕滑軌面時(shí)產(chǎn)生了打滑現(xiàn)象，引起了傳動(dòng)系統(tǒng)的扭振，所以電機(jī)的輸出扭矩出現(xiàn)了上下的波動(dòng)。上面三個(gè)圖所示為考慮電機(jī)的懸掛裝

4、置的機(jī)車(chē)在與其它車(chē)輛或固定物發(fā)生碰撞時(shí)電機(jī)的懸掛裝置的振動(dòng)沖擊情況的虛擬試驗(yàn)過(guò)程，目的是研究由于碰撞沖擊引起的發(fā)動(dòng)機(jī)懸掛裝置的最大加速度。在該模型中牽引電機(jī)體懸，懸掛部件通過(guò)ADAMS/Flex將有限元的模態(tài)分析結(jié)果讀入ADAMS/Rail,從而可以考慮懸掛結(jié)構(gòu)柔性的影響，使仿真結(jié)果更接近實(shí)際情況。實(shí)例2：龐巴迪運(yùn)輸公司在運(yùn)輸行業(yè)處于領(lǐng)先地位，其產(chǎn)品包括長(zhǎng)短途的機(jī)車(chē)、客車(chē)及貨車(chē)，2002年收購(gòu)Adtranz是一項(xiàng)重要的戰(zhàn)略，奠定了龐巴迪成為鐵路車(chē)輛運(yùn)輸及服務(wù)方面在全球設(shè)計(jì)、制造及銷售方面的世界領(lǐng)先地位。通過(guò)合并重組，龐巴迪公司可以為用戶提供創(chuàng)造性的解決方案以滿足用戶的各種需求（摘自：）一臺(tái)電力

5、機(jī)車(chē)可以看作是包含電力系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的復(fù)雜系統(tǒng)。為開(kāi)發(fā)一個(gè)新的車(chē)型，需要各方面專家團(tuán)隊(duì)共同合作。電能需要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需要滿足機(jī)械部分空間的要求，這一部分被稱作傳動(dòng)系，包括：電機(jī)轉(zhuǎn)換器控制部分、異步電機(jī)、機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（特指齒輪箱）、輪軌接觸等。龐巴迪運(yùn)輸公司的蘇伊士分部負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)制造機(jī)車(chē)轉(zhuǎn)向架驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，在實(shí)踐中逐步認(rèn)識(shí)到驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是一個(gè)整體，單純改變其中某一個(gè)部分而不考慮其他部分是不行的。正因?yàn)槿绱?，龐巴迪運(yùn)輸公司的蘇伊士分部采用了將各個(gè)仿真軟件的功能結(jié)合起來(lái)的方式，結(jié)果是使用不同的工具聯(lián)合仿真來(lái)綜合考慮整個(gè)系統(tǒng)的影響。因此，選擇了ADAMS/Rail與MATLAB/Simu

6、link的聯(lián)合仿真功能。為了使分析過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)化，在ADAMS/Rail的建模模板中建立了一系列的轉(zhuǎn)向架及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的模板，這樣可以方便的組裝成各種不同的結(jié)構(gòu)型式，其中包括：構(gòu)架、軸箱、發(fā)動(dòng)機(jī)以及傳動(dòng)系，分別按照剛性或柔性來(lái)考慮。利用MATLAB/Simulink建立控制系統(tǒng)的模型。通過(guò)這種方式，可以考慮轉(zhuǎn)向架及傳動(dòng)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)之間的相互耦合作用，在滿足牽引性能前提下修改懸掛參數(shù)以優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)的性能。采用這種方式，能夠在很短的時(shí)間內(nèi)就完成多個(gè)工程項(xiàng)目的分析，滿足客戶的要求Commissioningoftractioncontrolcouldbefinishedinashorttimewithver

7、ygoodresultstothesatisfactionofourcustomer,eventhoughtheconditionswereverydifficult.”牽引系統(tǒng)工程部的PeterHaese說(shuō)。（摘自：ImprovingthedesignoflocomotivebogiesanddrivesusingADAMS”presentedbyP.Haese,BombardierTransportation,atMDIEuropeanUsersConference,Berchtesgaden,Germany,15-Nov-01）上圖所示為轉(zhuǎn)向架的某階振動(dòng)模態(tài)，其中包含考慮柔性的構(gòu)架、電機(jī)

8、、傳動(dòng)系等。實(shí)例3:Trenitalia是意大利鐵路運(yùn)營(yíng)商，其官方網(wǎng)站是：www.trenitalia.it。UTMR（車(chē)輛技術(shù)部門(mén)）是Trenitalia組織的下屬部門(mén)，要求在現(xiàn)有鐵路車(chē)輛上安裝一種防滑設(shè)備以便試驗(yàn)，對(duì)這種防滑設(shè)備在各種典型的制動(dòng)工況下的性能比較感興趣（類似于汽車(chē)上的ABS），并且進(jìn)行了很多試驗(yàn)得到了大量相關(guān)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。UTMR與佛羅倫薩大學(xué)合作，利用ADAMS/Rail建立了包括這種防滑設(shè)備的轉(zhuǎn)向架的細(xì)化模型，該模型利用了ADAMS/Controls與MATLAB/simulink聯(lián)合仿真的功能，并采用了非線性的粘/滑特性曲線以精確模擬輪軌之間在制動(dòng)時(shí)的接觸情況。結(jié)果表明：

9、仿真的數(shù)據(jù)是精確的，并且再現(xiàn)了實(shí)際試驗(yàn)中所表現(xiàn)的情況，即在制動(dòng)過(guò)程中，由于施加了制動(dòng)力矩，車(chē)輪會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)現(xiàn)象，車(chē)輪的切線速度小于所需要的速度（蘭色線）。當(dāng)車(chē)輪的線速度低于預(yù)先定義的臨界速度時(shí)，防滑設(shè)備開(kāi)始工作，降低制動(dòng)力矩，結(jié)果使車(chē)輪的線速度加大，再增加制動(dòng)力矩以降低車(chē)速。利用此模型可以優(yōu)化防滑設(shè)備中有關(guān)的參數(shù)設(shè)置。“Theproposedmodelhasabehaviourqualitativelyandquantitativelyanalogoustotheonlinetests.”UTMRTrenitalia的經(jīng)理P.Presciani說(shuō)。（摘自：“RailwayWagonModelwi

10、thAntislipBrakingSystem”-presentedbyGuidoVolterrani,UniversityofFlorence,at16thADAMSEuropeanUsersConference）oliE-：F4TaJ上面三個(gè)圖所示分別為T(mén)renitalia試驗(yàn)用的盤(pán)式制動(dòng)系統(tǒng)、MATLAB/Simulink控制系統(tǒng)框圖和仿真過(guò)程中開(kāi)始制動(dòng)時(shí)車(chē)列以及前后四個(gè)輪對(duì)上的速度隨時(shí)間變化曲線。走行穩(wěn)定性能和曲線、道岔通過(guò)性能的問(wèn)題隨著列車(chē)運(yùn)行速度的不斷加快，對(duì)機(jī)車(chē)車(chē)輛的走行穩(wěn)定性和曲線、道岔通過(guò)性能的要求也越來(lái)越高。機(jī)車(chē)車(chē)輛在鐵道線路上運(yùn)行，機(jī)車(chē)車(chē)輛是由若干零部件所組成的復(fù)雜的動(dòng)力

11、學(xué)系統(tǒng)，具有慣性、彈性、阻尼等許多動(dòng)力學(xué)特性，而鐵道線路上也存在各種不平順的因素，如垂向不平順、橫向不平順、軌距不平順等等。因此需要分析機(jī)車(chē)車(chē)輛各種不同的懸掛參數(shù)以及車(chē)輪不同踏面形狀對(duì)走行穩(wěn)定性能的影響。通過(guò)ADAMS/Rail可以對(duì)車(chē)輛的走行穩(wěn)定性能和曲線通過(guò)性能進(jìn)行分析。ADAMS/Rail中提供進(jìn)行車(chē)輛穩(wěn)定性分析的專用工具，你可以直接指定車(chē)輪踏面的等效錐度，即可以得到相應(yīng)的臨界速度，如果你給定車(chē)輪踏面等效錐度的變化范圍，ADAMS/Rail還可以給出車(chē)輛的臨界速度與車(chē)輪踏面等效錐度的關(guān)系曲線，使用起來(lái)非常方便。同時(shí)利用ADAMS/Rail中提供的動(dòng)力學(xué)分析工具可以定義各種不同的曲線、道岔

12、線路以及輪軌接觸特性，分析車(chē)輛的曲線、道岔通過(guò)性能。Cnti亡創(chuàng)speedvs.Conlcriy口池tLE?hyrOE對(duì)站嘰nrwiT唇亡rri:E說(shuō)nr(-000.KQ.2Q案OS0絆嚇上圖所示為車(chē)輛的臨界速度與車(chē)輪踏面等效錐度的關(guān)系曲線的例子。下面是應(yīng)用ADAMS/Rail進(jìn)行車(chē)輛走行穩(wěn)定性能和曲線、道岔通過(guò)性能分析的實(shí)例。實(shí)例1：SKODAHOLDINGa.s.是一家由SKODAPLZEN相關(guān)的產(chǎn)品生產(chǎn)派生出來(lái)的新公司。SKODAHOLDING主要的股東目前是SKODAa.s.,它管理著SKODA部分資產(chǎn)，公司凈資產(chǎn)大約為35億CZK,SKODAHOLDINGa.s.及其子公司擁有730

13、0名雇員。Skoda機(jī)車(chē)需要對(duì)不同的機(jī)車(chē)轉(zhuǎn)向架的設(shè)計(jì)型式進(jìn)行評(píng)估。特別是，他們需要評(píng)估以不同的方式懸置電機(jī)及齒輪傳動(dòng)箱對(duì)機(jī)車(chē)穩(wěn)定性能及舒適性能的影響。SKODAHOLDINGa.s.分析了兩種不同的牽引電機(jī)體懸掛方式的影響，一種是牽引電機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)全部采用體懸的方式，另一種是牽引電機(jī)體懸，而齒輪箱一邊懸置在車(chē)體上，另一邊懸置在構(gòu)架上。使用ADAMS/Rail建立了不同驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不同懸掛方式轉(zhuǎn)向架的細(xì)化模型并進(jìn)行了各種工況下機(jī)車(chē)的穩(wěn)定性和舒適性的分析計(jì)算，結(jié)果用于選擇最為經(jīng)濟(jì)有效的方案。“Thankstosimulationithasbeenpossibletochoosethemostcost-

14、effectivedesignforthelocomotivebogies,byevaluatingthebehaviorofalldifferentvariants.Skoda機(jī)車(chē)的VaclavKraus說(shuō)。(摘自：DynamicAnalysisofHigh-SpeedElectricLocomotive-presentedbyVaklavKraus,SkodaLocomotive,at16thADAMSEuropeanUsersConference)上面圖片所示分別為：Skoda的轉(zhuǎn)向架總裝圖及車(chē)身上垂向加速度在不同的懸掛方式下隨時(shí)間的變化曲線。實(shí)例2:Talgo車(chē)輛和設(shè)備公司經(jīng)過(guò)多年國(guó)際

15、化的擴(kuò)張已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)大的跨國(guó)公司，公司目前主要致力于開(kāi)發(fā)滿足不同國(guó)家鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的Talgo產(chǎn)品和維修服務(wù)方面的技術(shù)革新，現(xiàn)在主要使用自己原有的技術(shù)進(jìn)行車(chē)輛和鐵道設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造和維護(hù)上，并且為滿足ISO9000標(biāo)準(zhǔn)而努力。目前Talgo集團(tuán)公司分布在西班牙、德國(guó)、美國(guó)和芬蘭，并在其它國(guó)家和地區(qū)建有廣泛的代表處和機(jī)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。( HYPERLINK )在Talgo公司，MSC.ADAMS/Rail作為VPD技術(shù)工具貫穿在所有的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的各個(gè)設(shè)計(jì)階段。Talgo公司更為關(guān)心其產(chǎn)品的動(dòng)力學(xué)性能，其制造的產(chǎn)品是一種自適應(yīng)的擺式車(chē)身的高速車(chē)輛，其中包含復(fù)雜的轉(zhuǎn)向架的設(shè)計(jì)(包括獨(dú)立輪對(duì)技術(shù)、轉(zhuǎn)向架上部的

16、空氣彈簧懸掛等)。利用MSC.ADAMS/Rail，Talgo公司完成了四節(jié)車(chē)廂編組的完整車(chē)列模型的仿真，通過(guò)ADAMS的各種分析功能對(duì)整車(chē)的模態(tài)、振型、穩(wěn)定性、舒適性、脫軌安全性以及輪軌力的大小進(jìn)行了分析。在Talgo,使用VPD技術(shù)的意義可以用客戶的話來(lái)說(shuō)明，仿真減少了設(shè)計(jì)的費(fèi)用，是表明我們技術(shù)實(shí)力的核心工具，并能有效的保證我們產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。使用這一工具，可以很方便的處理設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，如舒適性及脫軌安全性等。另外，仿真可以讓工程師和試驗(yàn)人員完成一些根本無(wú)法做的試驗(yàn)，或者可以更為更為經(jīng)濟(jì)有效的虛擬試驗(yàn)方式(這種方式無(wú)需更多的測(cè)試通道，相比傳統(tǒng)的試驗(yàn)方式來(lái)說(shuō)更方便也更經(jīng)濟(jì))Talgo公司走行部

17、經(jīng)理EmilioGarcia說(shuō)。(摘自：“SIMULACIONESPARAELESTUDIODELCOMPORTAMIENTODINAMICODELTRENTALGODEALTAVELOCIDAD,Talgointernalpresentation)上圖為ADAMS/Rail中Talgo的車(chē)進(jìn)行曲線通過(guò)分析的動(dòng)畫(huà)，右側(cè)曲線圖為車(chē)身等通過(guò)曲線時(shí)擺動(dòng)的角度隨時(shí)間變化的曲線。*-11f上圖為T(mén)algo機(jī)車(chē)在通過(guò)不平順的曲線軌道上時(shí)輪軌接觸力的變化情況。實(shí)例3：ALSTOM是歐洲一家鐵道行業(yè)的公司，年銷售額超過(guò)220億歐元，在全球70個(gè)國(guó)家設(shè)有分支機(jī)構(gòu)和辦事處，雇員超過(guò)120,000。在鐵路行業(yè)產(chǎn)品供

18、應(yīng)商中，ALSTOM公司是僅次于龐巴迪的鐵路車(chē)輛制造商，提供鐵道全線產(chǎn)品及服務(wù)，從集成的運(yùn)輸系統(tǒng)、各種類型的車(chē)輛到信號(hào)控制系統(tǒng)，以滿足客戶的需求。( HYPERLINK http:/www.A www.A)在意大利都靈市城市軌道車(chē)交通系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段，考慮到車(chē)輛乘坐的舒適性，車(chē)輛采用了較低的地板設(shè)計(jì)及獨(dú)立輪對(duì)的自適應(yīng)轉(zhuǎn)向架技術(shù)，AlstomFerroviaria決定采用VPD技術(shù)進(jìn)行整車(chē)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)性能分析，以優(yōu)化曲線通過(guò)性能、脫軌和傾覆安全性能。此分析的一個(gè)主要目標(biāo)是要得到的精確的車(chē)輪的踏面外形，使得整車(chē)性能同時(shí)滿足安全性和舒適性的要求。分析車(chē)輛的動(dòng)力學(xué)性能，考慮不同的車(chē)輪踏面形狀，優(yōu)化輪軌接

19、觸關(guān)系，目的是要減少輪軌的磨耗，降低該運(yùn)輸系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用，同時(shí)還要保證很高的安全性。由于有較低的地板和較高的重心位置，脫軌和傾覆問(wèn)題成了考慮的重點(diǎn)。經(jīng)過(guò)ADAMS/Rail軟件的初步分析，發(fā)現(xiàn)輪軌的踏面形狀應(yīng)該加以考慮。事實(shí)上，經(jīng)過(guò)分析表明：采用優(yōu)化的沒(méi)有過(guò)急輪緣的踏面外形可以將這種影響降至最低。ALSTOM的車(chē)輛現(xiàn)在解決了脫軌、傾覆等安全方面的問(wèn)題后，曲線通過(guò)性能突出出來(lái)了，還要考慮轉(zhuǎn)向時(shí)輪對(duì)的磨耗問(wèn)題。下一步需要考慮的同樣重要，就是要優(yōu)化車(chē)輛的配置，需要考慮運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)的特性(如線路等級(jí)、不平順、曲線特性等)，需要對(duì)車(chē)輛的重量、彈簧/阻尼等懸掛設(shè)備進(jìn)行協(xié)調(diào)以滿足整個(gè)產(chǎn)品壽命周期成本的要求?！癟

20、hesimulationproducedresultsinagreementwithallserviceconditionsandtheoveralldynamicbehavior.Derailmentandrolloverstabilitymeasurementshavebeenmatchedwithamaximumerrorof3%.”AlstomIPS公司研發(fā)部經(jīng)理MassimoLenti說(shuō)。(摘自：“Analysisofanindependentwheelstramvehicle-M.Lenti,AlstomIPS,at16thEuropeanMDIUsersConference,15

21、-Nov-01)上圖為Alstom公司為意大利都靈市設(shè)計(jì)的城市軌道交通系統(tǒng)用車(chē)輛的外形，右圖為車(chē)輛曲線通過(guò)時(shí)車(chē)身所受到的側(cè)向力及傾覆力矩的示意圖。實(shí)例4：GE公司是鐵道行業(yè)北美最大的制造商。目前，幾千臺(tái)GE的機(jī)車(chē)在超過(guò)75個(gè)國(guó)家的鐵路上服務(wù)。其產(chǎn)品線包括：柴油機(jī)車(chē)，交流/直流傳動(dòng)或交流/交流傳動(dòng)的電力機(jī)車(chē)。()GE運(yùn)輸部門(mén)采用最新的技術(shù)和工具，用于機(jī)車(chē)的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)，以滿足客戶對(duì)質(zhì)量各種苛刻的需求。主要應(yīng)用的方面有：新車(chē)的設(shè)計(jì)及可行性分析；徑向轉(zhuǎn)向架機(jī)車(chē)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和零部件的分析。性能優(yōu)化包括：穩(wěn)定性和曲線通過(guò)性能；走行性能分析及改進(jìn)；振動(dòng)噪音分析；牽引制動(dòng)動(dòng)力學(xué)及粘著性能分析；部件設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)

22、力學(xué)分析；機(jī)車(chē)設(shè)計(jì)更改后性能預(yù)測(cè)；可靠性及安全性分析仿真。在GE運(yùn)輸部門(mén)，需要研究采用不同的輪間距情況下機(jī)車(chē)的性能。這一需求來(lái)源于GE公司的機(jī)車(chē)要在不同的國(guó)家的鐵軌上運(yùn)行，而各個(gè)國(guó)家的鐵道標(biāo)準(zhǔn)個(gè)不相同，其軌道的軌距是不同的，因此需要采用不同的輪距以適應(yīng)這一要求。軌距影響機(jī)車(chē)運(yùn)行的穩(wěn)定性和曲線通過(guò)性能，因此使用ADAMS/Rail的仿真技術(shù)來(lái)校核軌距的改變?nèi)匀豢梢员ＷC機(jī)車(chē)可以達(dá)到180km/h的運(yùn)營(yíng)速度，不管是在直線上還是在曲線上，也不管是否有軌道不平順。通過(guò)ADAMS/Rail的仿真可以在進(jìn)行實(shí)際的物理樣機(jī)試制及進(jìn)行各種物理試驗(yàn)之前進(jìn)行驗(yàn)證。在GE,ADAMS/Rail是進(jìn)行機(jī)車(chē)動(dòng)力學(xué)建模和分

23、析的工具。在過(guò)去的幾年內(nèi)所進(jìn)行的項(xiàng)目中,ADAMS/Rail的應(yīng)用使GE的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)有以下幾個(gè)特點(diǎn)：快速性-縮短設(shè)計(jì)周期；魯棒性-更多設(shè)計(jì)工況；幫助從系統(tǒng)的角度理解機(jī)車(chē)的性能；創(chuàng)新性-節(jié)省時(shí)間和費(fèi)用，增加客戶的滿意程度?！癢ehavedonealotofwonderfulworkusingADAMS.”控制和附件系統(tǒng)的JingjunZhang說(shuō)。上圖為GE所生產(chǎn)的機(jī)車(chē)上圖為GE公司使用ADAMS/Rail對(duì)機(jī)車(chē)進(jìn)行的仿真乘坐舒適性能問(wèn)題隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的深入，旅客在選擇交通工具時(shí)，除了考慮價(jià)格、時(shí)間、方便與否等因素之外，還有一個(gè)重要因素，就是舒適性能。列車(chē)行駛過(guò)程中，來(lái)自于線路上的不平順引起車(chē)廂的振

24、動(dòng)；車(chē)廂振動(dòng)、空氣流動(dòng)、空調(diào)通風(fēng)等引起噪音；還有車(chē)廂內(nèi)溫度、濕度等生活環(huán)境都是評(píng)價(jià)乘坐舒適性能要考慮的因素。通過(guò)優(yōu)化懸掛參數(shù)，采用各種主動(dòng)、半主動(dòng)有源懸掛，可以明顯的改善整車(chē)的振動(dòng)性能；而通過(guò)在駕駛室、車(chē)廂的壁板、底板、車(chē)頂?shù)壬霞友b隔音/吸音材料，可以改善車(chē)廂內(nèi)的噪音品質(zhì)；另外通過(guò)分析車(chē)廂內(nèi)溫度場(chǎng)的分布情況，來(lái)研究熱源的布置及溫度的設(shè)置等等。使用ADAMS/Rail結(jié)合ADAMS/Flex、ADAMS/Controls等模塊，可以進(jìn)行車(chē)輛振動(dòng)性能的分析；使用MSCActran軟件可以進(jìn)行噪音方面的分析；而MSCCFDesign軟件可以進(jìn)行溫度場(chǎng)、流場(chǎng)等方面的分析。車(chē)輛的乘坐舒適性能分析是一種綜

25、合性的分析過(guò)程，因?yàn)檐?chē)廂的振動(dòng)噪音不僅僅來(lái)源于輪軌的接觸沖擊，還有空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)、室外噪音等，由此需要考慮整車(chē)的動(dòng)力學(xué)性能之外，還要考慮車(chē)體的柔性、車(chē)廂內(nèi)飾板等的影響。下圖為進(jìn)行車(chē)輛振動(dòng)噪音性能分析的流程圖。De砌卅3伽姮F(xiàn)E/node)CsicutateSolveSystem-LeveiDYna/ntcAnfysisSEmulationworkflowFEmodeler(MSC.Patran)Fsolver(MSC,NastFan)Muitibodydynamicssolver(MSCJDAMS)述切瞞爍QU匡如Solver(AflSCwAfttrn在此流程中，如果要考慮車(chē)體或構(gòu)架的柔性影響，

26、需要使用MSCPatran和MSCNastran進(jìn)行車(chē)體或構(gòu)架的網(wǎng)格劃分和模態(tài)分析，然后通過(guò)ADAMS的Flex模塊讀入ADAMS/Rail，進(jìn)行整車(chē)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析，然后利用MSCActran進(jìn)行車(chē)廂內(nèi)噪音的分析，這些過(guò)程是環(huán)環(huán)相扣的，即前面的結(jié)果是后續(xù)過(guò)程的輸入條件。下面具體介紹幾個(gè)這方面的應(yīng)用實(shí)例。實(shí)例1:RTU(曼徹斯特城市大學(xué)的工程技術(shù)系的鐵路技術(shù)部門(mén))主要承擔(dān)鐵路上相關(guān)業(yè)務(wù)的研究和咨詢的任務(wù)。()RTU要對(duì)英國(guó)的某典型貨車(chē)的走行性能進(jìn)行仿真。在英國(guó)鐵路上運(yùn)行的所有貨車(chē)必須通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)為RGS(鐵道組織標(biāo)準(zhǔn))GM/RT2141的試驗(yàn)才能在路網(wǎng)上運(yùn)營(yíng)。評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)在指定線路上運(yùn)行時(shí)貨車(chē)車(chē)

27、身上的加速度情況確定的。RTU使用ADAMS/Rail建立了該典型車(chē)輛的動(dòng)力學(xué)模型，其中包括摩擦單元，并預(yù)先在ADAMS/Rail中準(zhǔn)備特定的仿真軌道線路，該線路的相關(guān)數(shù)據(jù)是由軌檢車(chē)記錄下來(lái)并作為仿真模型分析的輸入。利用ADAMS/Rail的分析功能，分析在按照不同的速度下通過(guò)在指定線路上車(chē)身上測(cè)試點(diǎn)加速度的情況，并利用ADAMS/Rail的后處理模塊自動(dòng)進(jìn)行加速度循環(huán)周期情況的累計(jì)?！癢ithADAMS/Rail,theeffectsofmodificationstothevehiclecanbeevaluatedbeforetheactualtestprocedureiscarriedou

28、t.”曼徹斯特城市大學(xué)的RTU的YannBezin說(shuō)。(摘自：“SimulationoftheUKfreightvehicleacceptanceprocedure-YannBezin,RTU-MMU,ADAMS/RailNewsletter#6.)上圖所示為RTU所建立的ADAMS/Rail模型。JJtJTEDWfi虹ID淌訟”O(jiān)iAi上圖所示為各種不同通過(guò)速度情況下加速度的循環(huán)周期累計(jì)曲線。曲線中橫坐標(biāo)為車(chē)身上的加速度值（單位：g）,縱坐標(biāo)為加速度分布情況，紅色線為可以接受的曲線，其它顏色線為不同通過(guò)速度情況下加速度的循環(huán)周期累計(jì)曲線，由此可見(jiàn)只有50km/h和65km/h兩種情況可以接受

29、，而80km/h和95km/h兩種情況超標(biāo)。實(shí)例2：ISOCOMP是一家意大利的公司，其業(yè)務(wù)是為高速鐵道運(yùn)輸行業(yè)提供的高性能設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造及產(chǎn)品支持中具有獨(dú)創(chuàng)性的解決方案，包括機(jī)械、液壓方面的技術(shù)。其戰(zhàn)略目標(biāo)是在工程項(xiàng)目管理、系統(tǒng)集成、裝配和測(cè)試及相關(guān)方面取得行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)地位。（www.isocomp.it）ISOCOMP公司的工程部需要分析要裝車(chē)的某種橫向主動(dòng)懸掛裝置與其客戶的車(chē)輛的匹配情況如何。這種橫向主動(dòng)懸掛裝置是電動(dòng)控制的，可以根據(jù)車(chē)輛性能的要求以及設(shè)備反饋給司機(jī)的信號(hào)調(diào)整橫向懸掛的阻尼性能，目的是在車(chē)身和轉(zhuǎn)向架之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的相反方向提供橫向力，其大小是其相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度的函數(shù)。要求ALS（

30、橫向主動(dòng)懸掛裝置）能夠改變橫向力/速度的關(guān)系以保證高速車(chē)在整個(gè)速度范圍內(nèi)都具有很好的走行性能。利用MSC公司ADAMS/Rail和ADAMS/controls模塊建立包含控制系統(tǒng)在內(nèi)的車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型。分析結(jié)果表明：能夠仿真ALS對(duì)車(chē)輛的舒適性能的影響，通過(guò)優(yōu)化達(dá)到以下目標(biāo)：提高舒適性（30-50%，與軌道和車(chē)輛有關(guān)）減少車(chē)身上的橫向加速度可以向客戶演示使用的好處。（摘自：“ComfortandSafetyinRailwayEngineering:CardanshaftDrivelineredesignforRailwayVehicles（ApplicationofCompositemateri

31、als）,ActiveLateralSuspensionforHighSpeed.RailwayVehicles(DevelopmentofControlledDevices),IntegrateddeviceforHighSpeedRailwayVehicles(DevelopmentofAntiderailmentandMonitoringdevice)”,MassimoLenti,TechnicalDirector,ISOCOMP,Italy:EMEAVPD2004conference)上面三個(gè)圖片所示分別為：ISOCOMP試驗(yàn)用的轉(zhuǎn)向架模型(包含轉(zhuǎn)向架和橫向主動(dòng)懸掛裝置)、ASL裝置實(shí)

32、物驗(yàn)證試驗(yàn)及MATLAB/Simulink下建立的控制系統(tǒng)框圖實(shí)例3:ALSTOM是歐洲一家鐵道行業(yè)的公司，年銷售額超過(guò)220億歐元，在全球70個(gè)國(guó)家設(shè)有分支機(jī)構(gòu)和辦事處，雇員超過(guò)120,000。在鐵路行業(yè)產(chǎn)品供應(yīng)商中，ALSTOM公司是僅次于龐巴迪的鐵路車(chē)輛制造商，提供鐵道全線產(chǎn)品及服務(wù)，從集成的運(yùn)輸系統(tǒng)、各種類型的車(chē)輛到信號(hào)控制系統(tǒng)，以滿足客戶的需求。( HYPERLINK http:/www.A www.A)今天的乘客對(duì)舒適性的要求越來(lái)越高，包括振動(dòng)、噪音及溫度等各方面。在鐵道行業(yè)，最近所做的研究表明乘坐舒適性方面出現(xiàn)了一種新的趨勢(shì)，即改變現(xiàn)代鐵道車(chē)輛的結(jié)構(gòu)達(dá)到提高舒適性的目的。從減重角

33、度出發(fā)，可以減少安裝維護(hù)的成本并減少能源材料的消耗，這使得ALSTOM為新的德-法ATERX73500型客車(chē)車(chē)身選用輕質(zhì)鋁材，同時(shí)從視覺(jué)角度出發(fā)，加大了車(chē)窗。這種變化導(dǎo)致車(chē)身結(jié)構(gòu)剛度的大大減低，不能用傳統(tǒng)的方法來(lái)研究整車(chē)的舒適性能。由于車(chē)身結(jié)構(gòu)上與懸掛裝置相比有更高的振動(dòng)頻率，因此需要研究車(chē)身和轉(zhuǎn)向架的運(yùn)動(dòng)在各種典型操作工況下的振動(dòng)耦合問(wèn)題，否則會(huì)引起較大的共振出現(xiàn)。ALSTOM使用ADAMS/Rail建立了多剛體轉(zhuǎn)向架和柔性車(chē)身的模型。此項(xiàng)研究的目的是要研究各種懸掛參數(shù)的影響，比如驅(qū)動(dòng)裝置的懸掛剛度、車(chē)身剛度、減振器的位置以及車(chē)輛運(yùn)營(yíng)速度對(duì)車(chē)身一階彎曲模態(tài)的敏感性，因?yàn)檐?chē)身的一階彎曲振動(dòng)模態(tài)

34、的振動(dòng)頻率非常接近轉(zhuǎn)向架懸掛裝置引起的系統(tǒng)的振動(dòng)頻率。為達(dá)到這一目的，利用ADAMS/Insight對(duì)模型進(jìn)行了一系列的變參數(shù)、變水平的DOE試驗(yàn)研究，這種分析使得工程師可以在進(jìn)行物理樣機(jī)試驗(yàn)之前進(jìn)行大量的虛擬試驗(yàn)，并找到優(yōu)化的參數(shù)以限制結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，可以提高舒適性能?！癆completeDOEanalysisenabledtheengineerstotestthedynamicbehaviourofthecompletesystemandtofindouttheoptimalparametersettingswhichrestrictsthevibrationoftheconstruction

35、andthereforeoptimisesthecomfortbehaviour.”Alstom公司走行部經(jīng)理PascalGeoffroy說(shuō)。(摘自：“ComfortAnalysisoftheTERX73500(Autorail)withADAMS/Rail”-presentedbyF.Dortona&P.Geoffroy,AlstomDDF,at4thADAMS/RailUsersConference,Utrecht,NL,29-Apr-99)上圖所示為Alstom所設(shè)計(jì)的TERX73500車(chē)身的CAD圖和所做的整車(chē)的振動(dòng)分析。實(shí)例4:CRF公司成立于1976年，后來(lái)成為FiatS.p.A的

36、子公司。生產(chǎn)制造復(fù)雜的儀器、設(shè)備及控制產(chǎn)品，為意大利一家很有名的私人研究機(jī)構(gòu)。CRF對(duì)于FIAT集團(tuán)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力做出了巨大的貢獻(xiàn)，屬于中小型企業(yè)。FIATCRF采用數(shù)字仿真技術(shù)優(yōu)化產(chǎn)品及流程、提供開(kāi)發(fā)能力，進(jìn)行產(chǎn)品成本控制及全球資源共享。（ HYPERLINK http:/www.c www.crf.it）CRF（Fiat的研究中心）需要研究由FiatFerroviaria開(kāi)發(fā)的一種新的半主動(dòng)橫向懸掛擺式車(chē)身機(jī)構(gòu)對(duì)提高車(chē)速（超過(guò)150Km/h）及通過(guò)曲線時(shí)的橫向舒適性的影響。新車(chē)加裝了三個(gè)不同的控制系統(tǒng)：車(chē)身擺動(dòng)控制系統(tǒng)、hold-off設(shè)備（HOD）和主動(dòng)/半主動(dòng)橫向懸掛（ALS）控制系統(tǒng)，

37、需要對(duì)在運(yùn)動(dòng)情況下這些控制系統(tǒng)的相互關(guān)系進(jìn)行深入研究。CRF采用數(shù)值分析方法進(jìn)行的研究是通過(guò)VPD集成環(huán)境完成的，一種基于MATLAB的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具和強(qiáng)有力的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)仿真軟件ADAMS聯(lián)合仿真的方式，研究理想的主動(dòng)和半主動(dòng)橫向懸掛系統(tǒng)的性能。CRF對(duì)連續(xù)的或離散的半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，并與被動(dòng)的和理想的主動(dòng)懸掛系統(tǒng)進(jìn)行了比較。利用VPD技術(shù)仿真計(jì)算了安裝了被動(dòng)的、主動(dòng)的和半主動(dòng)的三種橫向懸掛裝置的車(chē)輛系統(tǒng)在通過(guò)不平順直線軌道情況下車(chē)身上三個(gè)不同的位置（前部、中部和后部）的橫向加速度的均方根值，通過(guò)分析得到了如下結(jié)果：采用理想的橫向主動(dòng)懸掛系統(tǒng)（沒(méi)有時(shí)間延時(shí)）橫向振動(dòng)性能大約提高

38、了50%，而采用理想的半主動(dòng)橫向懸掛系統(tǒng)（沒(méi)有時(shí)間延時(shí)）大約提高了37%，因而采用這些系統(tǒng)，可以使整車(chē)的舒適性能也得到提高?！癟iltingsystemmodificationsinvestigatedwiththeintegratedvirtualprototypeenabledustoreachreductionofnearly50%ofthelateralridefigures車(chē)輛工程項(xiàng)目經(jīng)理MauroMontiglio說(shuō)。目前這種半主動(dòng)懸掛系統(tǒng)的阻尼性能引起了歐洲鐵路各大制造商特別的注意，并在繼續(xù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)研制之中。(摘自：“DevelopmentofaSemi-ActiveLatera

39、lSuspensionforaNewTiltingTrain”一presentedbyM.Montiglio&A.Stefanini,FiatCRF,at4thADAMS/RailUsersConference,Utrecht,NL,29-Apr-99)上圖所示為CRF利用ADAMS/Rail建立的機(jī)車(chē)動(dòng)力學(xué)分析模型上圖所示為安裝不同的橫向懸掛裝置的車(chē)輛在通過(guò)曲線時(shí)車(chē)身前部、中部和后部加速度隨時(shí)間變化的情況。實(shí)例5：Talgo車(chē)輛和設(shè)備公司經(jīng)過(guò)多年國(guó)際化的擴(kuò)張已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)大的跨國(guó)公司，公司目前主要致力于開(kāi)發(fā)滿足不同國(guó)家鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的Talgo產(chǎn)品和維修服務(wù)方面的技術(shù)革新，現(xiàn)在主要使用自己原

40、有的技術(shù)進(jìn)行車(chē)輛和鐵道設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造和維護(hù)上，并且為滿足ISO9000標(biāo)準(zhǔn)而努力。目前Talgo集團(tuán)公司分布在西班牙、德國(guó)、美國(guó)和芬蘭，并在其它國(guó)家和地區(qū)建有廣泛的代表處和機(jī)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。（）Talgo公司某拳頭產(chǎn)品是Talgo制造的用于變軌距的高速自適應(yīng)擺式車(chē)身設(shè)備，這種設(shè)備可以使Talgo的車(chē)輛在不同型式的軌道上運(yùn)行，因此可以滿足在不同軌距的軌道上運(yùn)營(yíng)國(guó)際列車(chē)的需要（比如法國(guó)和西班牙）。在開(kāi)發(fā)Talgo軌道檢測(cè)系統(tǒng)中，需要四輛車(chē)編組，并需要驗(yàn)證是否滿足UIC518標(biāo)準(zhǔn)（用于從動(dòng)力學(xué)性能、安全性能、軌道疲勞等方面進(jìn)行鐵道車(chē)輛試驗(yàn)和評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)）。由于要在1668mm和1435mm兩種軌距上運(yùn)營(yíng)，因

41、此需要研究這種車(chē)輛是否滿足UIC518標(biāo)準(zhǔn)的要求。Talgo公司使用ADAMS/Rail仿真工具進(jìn)行研究，并主要關(guān)注第一節(jié)車(chē)的運(yùn)動(dòng)情況，第一節(jié)車(chē)為拖車(chē)，并安裝了獨(dú)立輪對(duì)和軌距自動(dòng)改變系統(tǒng)。完整的Talgo軌檢車(chē)，由拖車(chē)轉(zhuǎn)向架、典型的帶有自適應(yīng)擺式系統(tǒng)的Talgo轉(zhuǎn)向架以及導(dǎo)向系統(tǒng)組成，此模型使用ADAMS/Rail的模板建立。動(dòng)力學(xué)仿真主要考慮與舒適性和安全性有關(guān)的數(shù)據(jù)，包括在通過(guò)曲線時(shí)車(chē)身的傾擺角度、車(chē)身上橫向和垂向的加速度、輪軌接觸力以及導(dǎo)向系統(tǒng)工作情況。通過(guò)仿真可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)輪軌間垂向力和橫向力的大小，并由此計(jì)算脫軌安全性的各項(xiàng)指標(biāo)，這是UIC518標(biāo)準(zhǔn)所要求的，因此可以預(yù)測(cè)車(chē)輛的動(dòng)力學(xué)性

42、能是否滿足UIC518標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)可以通過(guò)ADAMS軟件進(jìn)行詳細(xì)的分析模擬導(dǎo)向系統(tǒng)的性能的影響?！癟heresultsachievedhavebeencoherentregardingtiltingincurves,accelerationsoncarbodies,contactforces,andguidancesystem.”Talgo走行部經(jīng)理EmilioGarcia說(shuō)。(摘自：“DynamicSimulationsOfTalgoTrackinspectionTrainset”-presentedbyE.Garcia&J.Chiva,PatentesTalgo,atMDIEuropeanU

43、sersConference,Berchtesgaden,Germany,15-Nov-01)上圖為T(mén)algo公司車(chē)輛的照片圖上圖為T(mén)algo公司利用ADAMS/Rail所做的整車(chē)動(dòng)力學(xué)分析模型。實(shí)例6：車(chē)廂內(nèi)噪音分析的例子噪音的高低是評(píng)價(jià)車(chē)輛舒適性能的一個(gè)重要指標(biāo)。減小車(chē)廂內(nèi)噪音的一個(gè)有效的辦法就是在車(chē)廂的底板、頂板以及壁板上安裝隔音或吸音材料，即加裝嵌板，但如何加裝嵌板加裝幾層嵌板是Alstom公司需要解決的問(wèn)題，這就需要對(duì)車(chē)廂內(nèi)聲波的傳播情況以及噪音分布進(jìn)行研究。MSC.Actran可以提供鐵道行業(yè)噪音問(wèn)題最佳的解決方案。使用MSC.Actran可以建立嵌板（實(shí)際上是多層嵌板）的模型，考

44、慮車(chē)輛內(nèi)部包括地面、頂棚、壁板的吸音作用，模擬內(nèi)噪音（聲源在車(chē)廂內(nèi)部的情形）和外噪聲（聲源在車(chē)廂外部的情形，這種情形是由于高速火車(chē)通過(guò)大氣層引起氣流的湍流運(yùn)動(dòng)引起的）的聲波傳播情況。此技術(shù)同樣可以用于汽車(chē)和飛機(jī)行業(yè)噪音的研究。分析的結(jié)果就是距離噪音源若干米之外的氣壓情況。分析表明，采用VPD技術(shù)可以研究多層嵌板的使用對(duì)噪音在開(kāi)放空間的衰減的影響情況進(jìn)行分析仿真。（摘自：FFTprojectmadeforAlstomin1999-2000.）FrEquenrynspanss-PrEKure-LevtI上圖所示為Alstom進(jìn)行噪音分析的車(chē)廂內(nèi)部的照片和大氣壓力隨頻率變化的曲線。上面的兩條曲線表明

45、310HZ以上頻率的噪音可以從噪聲源傳播到10M遠(yuǎn)的地方，而下面的兩條曲線表明在噪聲源附近和距離噪聲源5.9M遠(yuǎn)處在嵌板后面得到的大氣壓力情況。從中可以看出嵌板對(duì)噪音傳播的影響，進(jìn)而可以研究嵌板的層數(shù)以及如何布置嵌板。疲勞耐久性能的問(wèn)題疲勞性能分析，也稱為疲勞耐久性分析，一直是鐵路行業(yè)關(guān)心的一個(gè)大問(wèn)題。由于產(chǎn)品疲勞引起斷裂而導(dǎo)致的事故造成了巨大的人員和財(cái)產(chǎn)上的損失，受到業(yè)界日益廣泛深入的重視，產(chǎn)品的疲勞耐久性、可靠性越來(lái)越成為產(chǎn)品性能的一個(gè)重要指標(biāo)，甚至成為企業(yè)在競(jìng)爭(zhēng)中成敗的重要因素。在鐵路行業(yè)，疲勞問(wèn)題由來(lái)已久，涉及面非常廣泛，包括機(jī)車(chē)車(chē)輛零部件的疲勞，鐵路軌道、橋梁、受電弓/網(wǎng)系統(tǒng)的疲勞等

46、等。解決鐵路產(chǎn)品的疲勞問(wèn)題比較棘手，因?yàn)楫a(chǎn)品實(shí)際應(yīng)用中引起疲勞破壞的因素很多，實(shí)際承受的載荷工況的變化非常大，數(shù)據(jù)采集也非常困難，進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí)如何定義載荷數(shù)據(jù)常常是無(wú)從下手；另外許多材料的疲勞特性數(shù)據(jù)也非常匱乏，需要大量基礎(chǔ)性的試驗(yàn)研究。MSC公司的VPD技術(shù)可以提供有關(guān)產(chǎn)品疲勞耐久性能方向的解決方案。下圖為進(jìn)行產(chǎn)品疲勞耐久性能分析的流程圖。Des即跑心怡FErnadeSratfucedflexrfcJeJTltKfeJ呂口J聽(tīng)rDynamrcAr帥占膳7ffwovwyVisi4elizeStressE曲JusteDur&btSifyandFactorcifSfeCySimulation

47、workflowFEmodeler(MSC.PatranlFEsolverMSC.Nastran)Multibod/Dynamicssolver(MSC.ADAMS|FatigueSolver(MSC.Fatigue)在此仿真流程中，首先需要使用MSCPatran和MSCNastran進(jìn)行車(chē)體、構(gòu)架或其它零部件的網(wǎng)格劃分和模態(tài)分析，然后通過(guò)ADAMS的Flex模塊讀入ADAMS/Rail,建立整車(chē)模型，進(jìn)行在各種典型工況下整車(chē)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析，然后將各部件動(dòng)力學(xué)分析的結(jié)果傳到MSCFatigue中作為載荷邊界條件進(jìn)行各部件的疲勞強(qiáng)度的分析。這些過(guò)程是環(huán)環(huán)相扣的，即前面的結(jié)果是后續(xù)過(guò)程的輸入條件

48、。下面具體介紹幾個(gè)這方面的應(yīng)用實(shí)例。實(shí)例1:Socofer公司是一家上個(gè)世紀(jì)初成立的法國(guó)公司。其總部辦公室和制造工廠位于法國(guó)的Tours,距離巴黎東南145英里，有100名工人。Socofer公司1999年的營(yíng)業(yè)額為1.15千萬(wàn)美元，其中70%為出口。公司的目標(biāo)是年?duì)I業(yè)額達(dá)到2.2千萬(wàn)美元，成為歐洲鐵路設(shè)備的領(lǐng)導(dǎo)者。（www.socofer.fr）Socofer公司為用戶生產(chǎn)罐車(chē)，其需要解決的最大問(wèn)題是產(chǎn)品的疲勞問(wèn)題及裂縫擴(kuò)展。材質(zhì)上的疲勞破壞是由機(jī)械系統(tǒng)的激勵(lì)（輪軌接觸力通過(guò)懸掛裝置傳遞到車(chē)罐上）和車(chē)罐內(nèi)液體的流動(dòng)（注油過(guò)程引起的壓力增加/減少）引起的，因此需要加強(qiáng)車(chē)罐的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以減少維護(hù)的

49、成本。通過(guò)使用MSC.Software的有限元產(chǎn)品，Socofer能夠發(fā)現(xiàn)并加強(qiáng)油箱中的薄弱環(huán)節(jié)。上圖所示為Socofer公司使用MSC.Patran和MSC.Nastran進(jìn)行罐車(chē)底盤(pán)和車(chē)罐的強(qiáng)度分析，圖中顯示的為合成應(yīng)力的分布情況。實(shí)例2：DB（DeutscheBahn）是歐洲鐵路主要的運(yùn)營(yíng)商之一，主要經(jīng)營(yíng)鐵路客運(yùn)和貨運(yùn)業(yè)務(wù)。DB從歐洲鐵路制造商那里購(gòu)買(mǎi)了高速列車(chē)（ICE和TGV）并在歐洲的鐵路網(wǎng)上運(yùn)行。對(duì)于DB而言，其面臨的主要的問(wèn)題在于鐵路路網(wǎng)的維護(hù)上，因此需要研究輪軌接觸力、磨耗情況預(yù)測(cè)及橋梁安全檢測(cè)。地處DeutscheBahnAG路網(wǎng)上的鐵路橋是過(guò)去僅僅依據(jù)靜載荷條件設(shè)計(jì)的，但實(shí)

50、際上，鐵路橋的剛度、變形大小還與鐵路橋梁的跨度、結(jié)構(gòu)質(zhì)量、剛度/阻尼以及通過(guò)列車(chē)的軸重和通過(guò)速度有關(guān)。對(duì)于高速列車(chē)而言，由于可能存在車(chē)、橋的耦合諧振現(xiàn)象，因此進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析是非常必要的。例如，在巴黎到里昂之間的線路上引進(jìn)了TGV之后，一些跨度較短的鐵路橋梁上出現(xiàn)了裂縫和混凝土破碎的現(xiàn)象，另外由于大的加速度還引起路基的劇烈磨損并引起軌道的不平順加劇的情況。如果出現(xiàn)了諧振現(xiàn)象，會(huì)出現(xiàn)橋梁振動(dòng)超標(biāo)、輪軌接觸脫離、軌道路基不穩(wěn)等現(xiàn)象，而且橋梁結(jié)構(gòu)上的應(yīng)力會(huì)超過(guò)許用應(yīng)力的范圍。由于這個(gè)原因，DBAG決定與MSC公司合作開(kāi)發(fā)一套用戶化的ADAMS/Rail的建模、仿制及后處理環(huán)境，以進(jìn)行用戶化的車(chē)倆在用戶

51、自己定義的橋梁上運(yùn)行狀況的仿真，此用戶化的環(huán)境可以進(jìn)行三維的車(chē)輛模型與三維橋梁結(jié)構(gòu)耦合情況的分析模擬。通過(guò)ADAMS模態(tài)應(yīng)力恢復(fù)（MSR）的方法，可以將動(dòng)力學(xué)分析的結(jié)果用來(lái)計(jì)算橋梁上各種動(dòng)態(tài)的應(yīng)力應(yīng)變值。通過(guò)模態(tài)應(yīng)力恢復(fù)（MSR）的有限元結(jié)果，結(jié)合模態(tài)振型及ADAMS中的模態(tài)參與因子，可以得到柔性結(jié)構(gòu)中應(yīng)力應(yīng)變與時(shí)間歷程的關(guān)系曲線。通過(guò)與在實(shí)際的ICE跑車(chē)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)結(jié)果吻合良好。這種驗(yàn)證過(guò)程可以用于其他的車(chē)輛和橋梁，而無(wú)需再進(jìn)行實(shí)際的試驗(yàn)?！癆highflexibilityinmodelingdifferenttypesofvehicleshasbeenreachedbytainkga

52、dvantageofthetemplate-builderstructure.tobuildupdifferentICEassembliesbyreferencingsimplytoanICEbogieandanICEcarbodytemplate.”DBAG勺ManfredZacher這樣描述他的應(yīng)用感受。（摘自：DynamicsofaTrainoveraFlexibleBridge”presentedbyM.Zacher,DeutscheBahnAG,atMDIEuropeanUsersConference,Rome,Italy,15-Nov-00）上圖為ICE機(jī)車(chē)通過(guò)鐵路橋梁的照片。下圖

53、左邊為DBAG使用ADAMS/Rail進(jìn)行車(chē)輛通過(guò)橋梁時(shí)的耦合情況分析；右邊為橋梁中部的測(cè)試點(diǎn)的動(dòng)應(yīng)力變化情況。實(shí)例3:RTU(曼徹斯特城市大學(xué)的工程技術(shù)系的鐵路技術(shù)部門(mén))主要承擔(dān)鐵路上相關(guān)業(yè)務(wù)的研究和咨詢的任務(wù)。()RTU從曼徹斯特城市大學(xué)接到了輪軌滾動(dòng)接觸疲勞的研究項(xiàng)目。它采用了仿真逼近的方法來(lái)研究滾動(dòng)接觸疲勞(RCF)現(xiàn)象產(chǎn)生的機(jī)理以及系統(tǒng)中軌道的行為。該項(xiàng)目的目的是：開(kāi)發(fā)并校正輪軌滾動(dòng)接觸疲勞模型，用于評(píng)估磨耗情況與鐵路運(yùn)量、軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軌道結(jié)構(gòu)配置等的影響，重點(diǎn)是輪軌接觸疲勞的研究。RTU所建立的仿真環(huán)境包括一系列商業(yè)軟件包開(kāi)發(fā)的用于分析的獨(dú)立模型。每個(gè)模型對(duì)應(yīng)鐵路軌道系統(tǒng)中的某一

54、部分模型，其整個(gè)分析過(guò)程的結(jié)構(gòu)是將前面模型的分析結(jié)果導(dǎo)出，然后用于其他模型更詳細(xì)的分析。具體的模型如下:使用ADAMS/Rail建立MMU車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型使用ABAQUS建立RTU全軌道模型使用ABAQUS建立RTU接觸應(yīng)力模型使用ABAQUS建立RTU軌枕和部件模型使用VB程序自己開(kāi)發(fā)建立的疲勞分析模型通過(guò)ADAMS/Rail動(dòng)力學(xué)分析的載荷結(jié)果，與實(shí)測(cè)的結(jié)果吻合。結(jié)果可以用于其它模型，包括全模型和接觸應(yīng)力模型的分析中?！癟heforcespredictedfromthevehicledynamicmodellingusingAdams/Railareinbroadagreementwithm

55、easureddatafromonsiteinstrumentation.Thepredictedforcescanthenbeusedwithconfidenceinboththeglobaltrackandcontactstressmodels.”RTU的StephenBlair說(shuō)。(摘自：DevelopmentofaMethodtoPredictStressesinRailsUsingADAMS/RailandABAQUS”-YannBezin,RTU。)上圖：RTU使用ADAMS/Rail建立的鐵道車(chē)輛系統(tǒng)模型。實(shí)例4：Spoornet是南非最大的鐵路公司(www.transnet.z

56、a)。Spoornet公司需要預(yù)測(cè)受電網(wǎng)系統(tǒng)預(yù)緊張力以及主要車(chē)型上受電弓的預(yù)載荷，以使二者之間的接觸力降至最小并優(yōu)化受電網(wǎng)系統(tǒng)的張緊力大小。利用MSCMARC獨(dú)特的線線接觸功能進(jìn)行仿真。受電網(wǎng)是用柔性單元模擬的，但此模型中存在局限性，即將車(chē)輛只按照剛體模型考慮的并且未考慮輪軌接觸的影響。在Spoornet公司，ADAMS/Rail得到了廣泛的使用，并且計(jì)劃將ADAMS/Rail和MSCMARC聯(lián)合起來(lái)使用，以便得到考慮車(chē)輛動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)影響的更為精確結(jié)果。通過(guò)分析，優(yōu)化了張緊力，并減少了弓網(wǎng)之間的作用力，從而減少了受電網(wǎng)的損耗。詳細(xì)情況請(qǐng)與MSC公司聯(lián)系。上圖所示為Spoornet公司使用MSC.

57、Marc進(jìn)行的受電弓/網(wǎng)仿真的模型。實(shí)例4：轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的疲勞性能分析鐵道部門(mén)對(duì)鐵路五次大提速后，在鐵道線路和運(yùn)營(yíng)車(chē)輛上先后暴露出來(lái)一些問(wèn)題，其中機(jī)車(chē)轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的疲勞斷裂問(wèn)題引起了極大的關(guān)注，因?yàn)闃?gòu)架為車(chē)輛走行部系統(tǒng)中的重要部件，其運(yùn)營(yíng)安全與否直接關(guān)系到車(chē)輛的運(yùn)行安全性，鑒于此，國(guó)內(nèi)某鐵道機(jī)車(chē)廠需要對(duì)其生產(chǎn)的轉(zhuǎn)向架構(gòu)架的疲勞性能進(jìn)行分析以保證車(chē)輛的運(yùn)行安全性能。下面為使用MSC公司的疲勞解決方案進(jìn)行構(gòu)架疲勞性能分析的過(guò)程，僅供參考。要對(duì)構(gòu)架進(jìn)行疲勞方面的分析，一方面需要知道構(gòu)架在使用過(guò)程中的應(yīng)力水平、應(yīng)力集中的區(qū)域，尤其是焊縫焊點(diǎn)附近的應(yīng)力水平，另一方面還需要知道該零件材質(zhì)(包括焊點(diǎn)焊縫)的疲勞

58、特性曲線，即S-N曲線或E-N曲線。前者可以在構(gòu)架上打磨貼片通過(guò)在試驗(yàn)室臺(tái)架試驗(yàn)或?qū)嶋H線路上跑車(chē)測(cè)試的方式得到,也可以通過(guò)成熟的CAE軟件分析的方式得到，像現(xiàn)在國(guó)際上通用的CAE軟件MSCNastran等，采用CAE軟件進(jìn)行分析已經(jīng)屬于比較成熟的技術(shù)，只要正確的定義其邊界條件，就可以得到準(zhǔn)確的應(yīng)力應(yīng)變；同時(shí)結(jié)合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析仿真軟件MSCADAMS，可以得到構(gòu)架在實(shí)際線路上運(yùn)營(yíng)時(shí)的應(yīng)力-時(shí)間歷程。后者一般可以參考類似材料的疲勞數(shù)據(jù)，當(dāng)然最好是直接對(duì)材料進(jìn)行疲勞試驗(yàn)的方式得到，但成本較大。有了這兩個(gè)數(shù)據(jù),就可以利用疲勞分析的軟件MSCFatigue進(jìn)行疲勞壽命的分析預(yù)測(cè)了。下面為具體使用MSC公

59、司的VPD技術(shù)進(jìn)行構(gòu)架疲勞分析的過(guò)程。首先使用MSCPatran將構(gòu)架的CAD幾何外形文件導(dǎo)入，然后定義節(jié)點(diǎn)，劃分網(wǎng)格，包括定義焊縫焊點(diǎn)單元，定義構(gòu)架的材料，然后提交MSCNASTRAN進(jìn)行構(gòu)架的模態(tài)分析，生成MSCADAMS所需要的MNF文件，即模態(tài)中性文件。下圖為MSCPatran進(jìn)行構(gòu)架有限元分析的模型。MSCNastran生成MNF文件后，可以啟動(dòng)MSCADAMS軟件的鐵道專用模塊MSCADAMS/Rail,建立包含該彈性構(gòu)架在內(nèi)的轉(zhuǎn)向架模板，然后組裝成子系統(tǒng)、系統(tǒng)，再定義典型的鐵道線路和輪軌接觸關(guān)系，進(jìn)行車(chē)輛在線路上的動(dòng)力學(xué)分析。MSCADAMS/Rail所生成的模型見(jiàn)下圖。通過(guò)MS

60、CADAMS/Durability可以將構(gòu)架運(yùn)動(dòng)過(guò)程所受載荷隨時(shí)間變化的過(guò)程輸出到MSCFatigue中進(jìn)行疲勞情況的分析，下圖為MSCFatigue分析的結(jié)果，圖中紅色的區(qū)域?yàn)槠趬勖^低的部位。、-y-vIx-xi.IS-X.I:frnq=-1olaJLc.ratlelLozDtLr:nF齊町?i=.|,JOh_LtfER匚D0比芮匚廿古|代亦IF-停沖擊/安全性能的問(wèn)題交通安全是鐵道運(yùn)營(yíng)部門(mén)最為關(guān)心的問(wèn)題。影響鐵道交通安全的主要因素很多，包括人、列車(chē)、鐵道線路和交通環(huán)境條件等。人的因素影響，是指交通直接參與者的性格、體力上的弱點(diǎn)、經(jīng)驗(yàn)不足或狀態(tài)不良等。鐵道線路因素的影響，是指鐵道線路的走