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铁道车辆舒适性虚拟试验技术的研究

杨颜志  
【摘要】: 舒适性是现代铁道客车车辆的一个主要性能指标,所有新开发的铁道客车车辆都应进行舒适性分析和试验。传统的舒适性分析方法是进行实车试验,测量相应的数据,再根据舒适性评定标准进行计算评定。这种方法不仅成本高、耗时费力,而且在车辆设计阶段不能对车辆舒适性进行评估,难以确定合理的设计方案。虚拟样机技术、虚拟现实技术的发展,为铁道车辆舒适性的早期评估提供了新的途径。通过研究铁道车辆舒适性虚拟试验技术,建立虚拟的试验环境,可在产品的设计阶段“呈现”和“体验”试验过程,具有理论的深刻性和工程应用的双重意义。 本文围绕铁道车辆舒适性的虚拟试验技术,在研究桌面式铁道车辆舒适性虚拟试验系统构造的基础上,主要进行了如下几个方面的研究工作:分析研究了铁道车辆舒适性评估标准、建立舒适性动力学分析模型、构建铁道车辆舒适性试验虚拟场景、铁道车辆舒适性试验数据的可视化等。 在建立铁道车辆舒适性动力学模型方面,在ADAMS/Rail环境下建立了具体的虚拟样机模型。考虑多种舒适性影响因素,定义了相应的车轮模型和轨道不平顺模型。在随机输入激励下,实现了铁道车辆振动模型的时域仿真求解。在此基础上,对铁道车辆多种工况下运行的舒适性进行了分析计算,并且与相应的舒适性标准进行了对比,对铁道车辆的舒适性作出了评估。 在构建铁道车辆舒适性试验虚拟场景方面,利用Creator软件建立了铁路轨道虚拟试验场景数据库,包括轨道、桥梁、隧道、站台、河流、草地、树木、山脉等对象。利用Pro/Engineer和Creator软件建立了包含纹理和色彩的铁道车辆虚拟现实模型数据库。使用Vega编程工具,实现对虚拟试验场景和铁道车辆模型数据库的调用。铁道车辆模型在虚拟试验场中行驶时,能够模拟轮对的转动、摇枕和轴箱弹簧的振动、转向架构架及摇枕的振动。 在铁道车辆舒适性试验数据的可视化方面,利用MeasurementStudio开发工具,建立了铁道车辆舒适性虚拟试验仪表。通过读取离散后的加速度试验数据,在虚拟仪表中实现了加速度曲线的动态显示。同时,通过虚拟仪表能精确的显示车辆的运行速度和舒适性状态。利用Vega提供的双通道和立体支持功能,分别绘制了车辆虚拟试验状态的左、右通道图像。配合专业显卡和液晶光闸眼镜,通过对左、右通道图像的切换,使左、右眼交替看到左、右通道图像。实现了舒适性虚拟试验过程的立体显示,使试验者达到了较高的沉浸感。


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