文档介绍：密级：公开
工学硕士学位论文
高速动车组拖车转向架刚柔耦合
动力学研究
Research on Rigid-Flexible Coupling Dynamics of the
High-Speed EMUs Trailer Bogie
培养单位：机械工程学院
专业：车辆工程
研究生：杨建福
指导教师：祖炳洁教授
二○一七年六月
独创性声明
本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作
及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方
外，论文中不包含其它人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为
获得石家庄铁道大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。
与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明
确的说明并表示了谢意。
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关于论文使用授权的说明
本人完全了解石家庄铁道大学有关保留、使用学位论文的规定，
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数据库》和编入《中国学位论文全文数据库》。本人授权石家庄铁道
大学，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文，可以公布论文
的全部或部分内容。（保密的论文在解密后应遵守此规定）
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导师签名：日期：
摘要
摘要
客运高速化和货运重载化是铁路运输现代化的两大主题。随着列车运行速
度的不断提高，车辆的结构振动对车辆系统动力学性能的影响越来越显著。部
分构件由于质量降低表现出刚度不足，弹性振动加剧，容易发生共振，所以有
必要对列车进行刚柔耦合动力学研究。
转向架作为铁道车辆的重要组成部件，其结构振动对列车的动力学性能有
着重要的影响。本文基于子结构分析方法和多体动力学理论，采用相应的有限
元软件ANSYS和多体动力学软件SIMPACK，针对某高速动车组拖车转向架，将
轮对、构架处理成柔性体，建立了拖车轮对刚柔耦合动力学模型、构架刚柔耦
合动力学模型、转向架刚柔耦合动力学模型共3种刚柔耦合动力学模型，通过比
较刚柔耦合动力学模型和多刚体动力学模型车辆系统动力学指标，研究转向架
轮对和构架的弹性振动对车辆系统动力学性能的影响。
本文首先对转向架轮对和构架进行模态分析，得到其固有频率和固有振型，
为刚柔耦合动力学研究提供理论支持。然后采用降速法计算拖车的非线性临界
速度，通过第一位轮对横向位移—时间关系来表征，以此评价车辆的蛇行运动
稳定性。采用车体与转向架质心连接处的横向和垂向的加速度、Sperling指标评
价车辆的平稳性，设置4种速度等级，分析研究了不同速度等级下车辆刚柔耦合
动力学模型与多刚体动力学模型平稳性指标差异。根据我国高速铁路的线路的
曲线半径设计标准，设置4种不同的曲线半径，采用脱轨系数、轮重减载率、轮
轨横向力和轮轴横向力评价车辆的曲线通过性能。最后以轮对为例研究了结构
柔性对车辆振动加速度的影响。结果表明：考虑转向架部件柔性时，车辆的临
界速度降低，柔性部件越多，临界速度下降幅度越大；相比于多刚体车辆系统，
刚柔耦合车辆系统的舒适性指标均有不同程度增加；在相同曲线半径下，轮对
的弹性振动使轮重减载率、轮轨横向力和轮轴横向力均降低，而构架的弹性振
动使轮重减载率降低、轮轨横向力和轮轴横向力增大；列车在高速运行时，高
频轨道激励会激发出轮对弹性振动，对车辆系统动力学性能产生一定影响，所
以对车辆进行刚柔耦合动力学研究能够更好地反映车辆的振动特性。
关键词：弹性振动；刚柔耦合；转向架；子结构；多体动力学
Abstract
Abstract
High-speed passenger transport an