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铁道车辆运行稳定性虚拟试验技术研究

刘向平  
【摘要】: 铁道车辆运行稳定性的好坏直接关系到铁路运输的安全。传统的车辆稳定性评定方法是在设计阶段进行繁杂的手工计算,在试制阶段反复进行实车试验,并作必要的设计改进。这种方式需要耗费大量的人力物力,周期长,效率低。结合虚拟样机和虚拟现实技术的虚拟试验为车辆稳定性的早期评估提供了新的途径。 本文以数值仿真与虚拟现实作为支撑技术,开展铁道车辆运行稳定性虚拟试验技术研究及其原型系统开发,其目标是在铁道车辆的设计阶段就能对其运行稳定性做出较为精确的评估,从而缩短开发周期,降低开发费用,保证运行安全性。论文对铁道车辆运行稳定性的研究范畴和车辆虚拟试验技术的国内外研究现状进行了分析讨论,提出了论文需要解决的问题和要完成的主要工作。 开展了铁道车辆抗倾覆稳定性、抗脱轨稳定性和蛇行运动稳定性计算理论模型的研究,总结出一套考虑因素较为全面、易于编程实现的车辆运行稳定性计算公式,为运行稳定性分析提供理论基础。 为了较为精确地模拟铁道车辆实际运行工况,开展了铁道车辆系统动力学参数获取和运行工况交互定义的研究。研究了从车辆三维CAD模型中提取车辆结构参数和动力学参数的方法,并对车辆运行参数、轨道几何参数的定义与存储方法进行了分析研究。 利用Matlab强大的科学计算和数值仿真功能,开发了抗倾覆稳定性、抗脱轨稳定性和蛇行运行稳定性分析计算组件模块。这些组件模块在获取铁道车辆有关结构参数和运行参数后,能实现铁道车辆抗倾覆系数、抗脱轨系数、减载率和蛇行运动临界速度的自动分析计算,并自动生成有关图表,分析预测车辆的运行稳定性能。 在铁道车辆及试验场景虚拟现实建模及动态仿真研究中,利用虚拟现实建模语言VRML建立铁道车辆虚拟模型和虚拟运行场景模型。以线路作为轨迹函数,求解车辆运动控制数据。采用Simulink实现车辆模型运动仿真控制,基于Matlab虚拟现实工具箱和S-Function模块实现了铁道车辆运行稳定性试验结果的可视化交互显示。


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