文档介绍：集装箱平车车体振动特性的分析与研究
齐双强李丹车佃忠屠剑
摘要:以某集装箱平车车体为研究对象,运用有限元分析软件建立该车车体空车工况、装载两个
20ft 集装箱工况及装载一个 40ft 集装箱工况的有限元模型,并分别计算分析了车体前 20 阶模态
频率与振型。在此基础上,重点对比分析了该集装箱平车三种装载工况在较低阶频段的模态计算
结果。对比分析结果表明:车体垂向、横向弯曲模态频率受集装箱装载重量及装载形式的影响较大,
车辆动力学性能也受集装箱装载重量及装载形式的影响。
1 前言
结构振动特性分析是推测可能的模态频率和振动形式,在某种程度上避免激励频率与结构模
态频率耦合而发生的共振现象。此分析在设计阶段进行,简单方便,但只是定性分析,不能完全
代替实际结构在激励作用下的振动响应评价[1]。我们认为结构振动特性分析是在目前不能对弹性
体随机振动进行定量分析的情况下,是对车辆动力学的补充,如果有了可行的方法,仍应以直接
的振动指标评价车体等大部件的平稳性和安全性。因此,国内外铁路车辆的设计规范都对车体结
构的低阶模态频率加以限制。如:《俄罗斯交通部 1520mm 轨距铁路(非自行)车辆计算和设计规
范》中规定,准许货车车体垂直振动的有效频率为 8Hz;欧洲要求车体自振频率不低于 10Hz;日
本在城轨设计规范中明确了新车设计要做车体一阶弯曲和一阶扭转模态频率的试验,建议结合车
体刚度讨论确定相关指标;我国在制定高速试验车设计规范中首次引进模态频率,要求整备车体
低阶模态频率不小于 10Hz。目前这项指标在车辆设计部门中很受重视,比如:提速客车、城轨车
和长大货车设计中都考察车体模态。
为此,本文以某集装箱平车车体为研究对象,探讨集装箱平车在空、重车工况下的车体振动
特性,为集装箱平车车体结构设计与优化、以及对车体振动特性的研究提供理论参考。
2 分析计算模型及工况
根据集装箱平车的运用实际工况,确定分析计算模型及工况如下:
(1) 工况 1:车辆空载,即车辆空车运行。
计算模型包括车体底架和车体上安装的主要设备。主要设备有质量相对较大的钩缓装置、制
动设备等,以质量块和质量等效辅助结构的形式进行施加,确保模型的质量和几何位置符合实际
情况。工况 1 有限元模型如图 1 所示。

图 1 工况 1 有限元模型
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2013 第十届世界轨道交通发展研究会年会
2013 第十五届中国香港铁道学会年会

(2) 工况 2:车辆重载,即车辆装载两个 20ft 集装箱运行。
计算模型包括车体底架和车体上安装的主要设备,以及装载的两个 20ft 集装箱。集装箱装载
重量分别取 22t、、44t、61t 等四种情况。
集装箱本身有一定的弹性、且重力直接传递到车体锁座位置,使之与车体接触,因此集装箱
已经成为车辆振动系统的一部分。为了提高计算精度,在考虑工况 1 相同的车辆结构模型外,以
质量等效辅助结构的形式建立集装箱模型,与车体的力学关系为铰接(不承受弯矩)。工况 2 有限
元模型如图 2 所示。

图 2 工况 2 有限元模型
(3) 工况 3:车辆重载,即车辆装载一个 40ft 集装箱运行。
计算模型包括车体底架和车