铁道车辆转向架构架疲劳台架试验仿真模拟铁道车辆转向架构架疲劳试验虚拟试验模拟研究王建斌，邬平波，赵永翔，曾京（西南交通大学牵引动力国家重点实验室，成都610031）摘要:本文简述了刚-柔耦合多体动力学的建模和求解方法，针对转向架构架疲劳试验台建立了含弹性构架的虚拟样机系统。对构架使用模态柔性方法，利用Cnig-Bampton模态综合技术降低了计算量，提高了计算精度。比较了两种加载方式对疲劳动应力的影响。本文研宄表明试验台架虚拟样机模型可指导实际物理试验作动器布置及加载控制，也为进一步研究服役应力重现及加速疲劳试验奠定了基础。关键词，转向架构架虚拟试验疲劳试验台架中图分类号：近几年铁道车辆向高速重载方向发展，动态服役条件恶化导致的转向架构架（以下简称构架）等关键部件疲劳破坏问题不断发生，严重制约了铁路运输现代化进程。对构架而言，疲劳强度及可靠性是主要的设计0标，台架试验是验证结构强度、改进局部设计和最终验收的最主要手段。常见的试验台架布局如图1所示。1.虚拟试验模型及模拟方法对图1构架进行可知，试验台架可视为一个由作动器力单元、工装机械机构、刚性龙门架、构架支撑装置以及构架组成的多体动力学系统。为了研究各试验因素对构架动应力响应的影响，必须考虑构架柔性。因此,可建立一个刚柔耦合动力学系统模型作为虚拟试验模型模拟物理试验过程。1.1刚-柔耦合动力学方程刚柔耦合动力学计算包括以下两个方面的内容：1、柔体参考系及运动学描述2、系统动力学方程建立及计算。由于试验条件下构架处于弹性变形状态，本文采用浮动坐标系描述构架刚体运动伴随的小弹性变形运动。这种方法将部件刚体运动和变形运动解耦，有以下优点：小应变张量，线性有限元方法适1铁道车辆转向架构架疲劳试验台台架试验标准UIC、TB等规定了施加载荷计算方法及加载波形。但实际试验中，多通道液压加载协调控制、试验工装运动解耦设计及构架支撑忌挂方式等问题国|Aj外还没有进行过系统的研究，这些因素对实际加载波形相位有较大影响。由于物理试验规模较大，难以定量分析，本文通过虚拟样机技术建立了构架虚拟试验模型，分析了多通道载荷相位差对疲劳试验的影响，并探讨了虚拟试验的应用。基金项目：国家高技术研宄发展计划(863计划)(2006AA04Z406)；教育部创新群体(IRT0452)作者简介：王建斌(1981-)，男，山东济南人，博士研宄生用；可使用模态减缩综合方法降低计算量［1］。3所示为系统的一个柔体。I为惯性坐标系，R为浮动坐标系。3浮动坐标系描述弹性部件上任一点的位移r、速度v和加速度a为：z???r?rR?c?u(1)〜r?r~?c?u??u??vR???(2)v??R、？v~??H?c?u??2?〜u??aR?????u??a??RRRRRM???V?sym.???c??uzu?T?c??uzu???c??uzu?T?u??dV?u?uu〜(3)以上三式中，各参量含义如下表所示:表1参数表rR?t?柔体位置矢量c?t?在柔体初始构形上相对丁浮动坐标系的位置矢量u?t?相对于浮动坐标系质点的弹性变形矢量A浮动坐标系与全局坐标系的旋转转换矩IR阵d?R无限小转动?T?R浮动坐标系角速度？〜操作符??C??〜c?R???R浮动坐标系角加速度?~?AA?O?TRIR?IR???30????參••拳1???••攀2??10??弹性变形u?c,t?可根掘Rayleigh-Ritz方法，使用一系列截断模态的线性叠加来描述，振型为?u?c?，广义模态坐标为zu?t?,则有:u?c,t???u?c?zu?t?线性应变?和刚度强化效应的非线性应变场由位移-应变微分算子求解。(4)对弹性体，应力场？由Hooke定律求解。定义浮动坐标系的广义加速度为b??aTR?TR?z?TuT，柔体的动力学方程为：Mb?hgcc?hf?hi(5)上式中，质量矩阵为：代表回转力、离心力和Coriolis力为：?~?2?R?uzu??〜R?〜R?c??uzu??~〜?hgcc????2V??c??T~~uzu??R?u?z??T〜〜u??cuzu??R?R?c??uzu???dV??2?T~~u?R?u?zu??Tu?R?〜R??c??uzu???••内力矢量为:0?h??i??0????D?uuz?u?Kuuzu?K?zuDuu为Releigh阻尼矩阵，Kuu为刚度矩阵，K?0为部件初应力相关的几何刚度矩阵。外力矢量为：?13??〜參hf?????c?T?V??uzu?V????c??z?Tuu?B?T?fdV???fBdB??u???T??u??系统方程使用递归方法求解［2-4］。对含约束的柔体动力学系统，使用Lagrange乘子降阶方法求解系统的微分代数方程。1.2模态综合使用截断模态的...