南京浦镇A型地铁车辆simpack动力学计算建模手册
SIMPACK基础培训教程(舒适性分析)
6. 激活$S_Loadcase 子结构中的 Solver Settings 和 Track.
W9.13
Workshop 9: Comfort Analysis (12/19)
W9.14
1. 修改$S_Loadcase子结构中的用于加速计 accelerometer 的标记点, 从 $M_Isys 修改为模型中关注舒适性的某 个位置的标记点; 在这个例子中, 使用 物体CB的BRF 标记点
1 2. 也可以定义一个传感器Sensor 在Post中比较结果.
Workshop 9: Comfort Analysis (13/19)
1. 使用Loadcase子结构中的变量 $_Velocity 设置 Vehicle Globals 对话框下的车辆初始速度.
W9.15
2. 保存模型并启动离线时域分析. 3. 在Simpack Post中打开*.sbr结果文件 .
1a 1d
Workshop 9: Comfort Analysis (9/19)
确定 “舒适性“评估, 要求加速度数据.
1. 有两种方式可哟用于计算加速度: a. 通过传感器 Sensor b. 通过控制元件Control Element 167
W9.11
传感器Sensor
控制元件Control Element
W9.1
Workshop 9: Comfort Analysis
6 对结果施加过滤器
5 进行离线时域分析
4 定义模型参数
1 创建工况模型
3 在场景模型中载入工况模型
2 定义工况工况设置
Workshop 9: Comfort Analysis (1/19)
基于SIMPACK的高速动车组建模与仿真
基于SIMPACK的高速动车组建模与仿真
张冰玉
【期刊名称】《天津职业院校联合学报》
【年(卷),期】2016(018)003
【摘要】从高速列车结构入手,考虑对车辆系统动力学影响较大的因素,分析各结构间铰接关系和力的传递方式及作用位置,基于多体动力学理论建立高速列车模型.考虑轨道交通相对于普通机械产品的本质区别,即轮轨关系的差异,参照高速列车试验规范,仿真计算高速列车在两侧轮对型面存在偏磨时车辆系统动力学性能,并与型面对称磨耗工况进行对比,进而得出偏磨对车辆系统动力学性能的影响.
【总页数】6页(P33-38)
【作者】张冰玉
【作者单位】天津铁道职业技术学院,天津 300240
【正文语种】中文
【中图分类】U26
【相关文献】
1.高速动车转向架动力学性能SIMPACK仿真建模与分析 [J], 张孟;张轮;罗意平;
董德存
2.基于SIMPACK仿真的高速公路连续反向曲线行驶速度探讨 [J], 邱延峻; 余孝丽; 黄兵; 唐承平; 程起光; 阳恩慧
3.基于SIMPACK的城际动车组建模与仿真 [J], 王珊珊
4.基于SIMPACK仿真的某型高速动车组运行平稳性分析 [J], 陆铭;王勇;石俊杰;
闫红卫
5.基于ADAMS的CRH2型高速动车组建模与仿真 [J], 郑松;刘海娥
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SIMPACK基础培训教程-独立轮对
Workshop 11: Independent Wheels独立轮对
目标: 1. 理解Simpack中轮轨副Wheel-Rail Pairs的影响 2. 学会如何在轮对中建立独立车轮
W11.1
20 分钟
Workshop 11: Independent Wheels
即可
Workshop 11: Independent Wheels (3/5)
1. 在车轮物体上的轮对中心位置创建标记点 (其也用作车轮标记点 wheel Markers).
W11.5
强烈推荐在线路中心位置有车轮参考点 wheel reference 因为要绘制轮轨副RailWheel Pair 曲线; 强烈推荐车轮位置在Rail-Wheel Pair 对 话框中设置.
6 进行在线时域分析
5 重新定义轮轨副 RWP
4 创建一个新的车轮物体
1 修改右侧车轮半径
3 进行在线时域分析
2 调整铰接状态
Workshop 11: Independent Wheels (1/5)
1. 打开模型 Independent_Wheels. 2. 修改右侧车轮半径为0.65m (在Wheel Rail Pair Properties对话框中) 3. 调整铰接状态joint states 如下图所示. 4. 在 Vehicle Globals 对话框中设置车辆速度, 进行在线时域分析并观察发生的情况.
4. 创建两个新的物体Body（ $B_Wheel_R 和$B_Wheel_L）用于把左右车轮连接到 Axle Bridge 物体, 其铰接类型 为 02 (使用新建的Markers), 然后修改这个圆柱几何体的直径为0.1m 和长度为 0.2m.
simpack学习资料
● 矢量矩阵：矩阵定义的扩展成以矢量为元素的矩阵、列阵，运算的定义与一般矩阵一致，如：
e1 e1 a ⋅ e1 T a ⋅ e = a ⋅ e 2 = a ⋅ e 2 ， e ⋅ e = ⋅ e 2 ⋅ (e1 e e a ⋅e 3 3 3 e1 e × e = ⋅ e 2 × (e1 e 3
● 计算多体动力学与有限元的区别 运动的幅度；振动的快慢；部件与系统；………
例如：发动机系统的运动 例如：发动机汽缸燃烧过程 例如：车体部件的变形分析 ● 计算多体系统动力学在计算机辅助工程中的地位 见图 0.2 ● 目前多体系统商业化软件的种类和市场占有情况 见图 0.3
CAE CAM LCC FEM
二自由度挖土机
H5 ● 多体系统拓朴构形的描述 B5 B4 A—— H4 B2 邻接物体：铰连接的一对物体 B3 H3 完整约束（Holonomic constraint） ：附１ H2 H6 B6 B1 非完整约束（Nonholonomic constraint） ： H1 虚铰：6DOF JOINT B0 固结铰：0DOF JOINT 图 0.5 某系统拓朴 B—— 拓朴：多体系统各物体的联系方式，关键在于如何实现这种联系方式的数学表述。 关联：铰与邻接物体的关系，如 H4 与 B3、B4 相关联 路：一个物体通过一系列铰到达另一个非关联物体其中没有一个铰重复过，则这组铰构成路 C——
包括疲劳 计算结构力学等
CAD CAd CAA
动力学
CAO
控制 装配
静力学
运动学
M
B
S
计算多体动力学
图 0.2
计算多体系统动力学在计算机辅助工程中的地位
基于SIMPACK的轨道车辆平稳性研究
基于SIMPACK的轨道车辆平稳性研究轨道车辆的平稳性是指车辆在运行过程中的稳定性和平顺性能。
对于轨道车辆来说，平稳性的研究非常重要，因为它直接关系到乘客的乘坐舒适度和安全性。
SIMPACK是一种用于模拟和分析动力学系统的仿真软件，它可以对轨道车辆进行平稳性研究。
SIMPACK提供了多种建模和仿真功能，可以精确地模拟车辆的运动和力学行为。
对于轨道车辆的平稳性研究，需要建立准确的车辆动力学模型。
SIMPACK可以通过定义车辆的质量、惯性、几何参数等来建立车辆模型。
SIMPACK还可以考虑车辆的轮对参数、刚性度和阻尼等。
通过这些参数的定义，可以在仿真软件中实现对车辆的运动进行准确的模拟。
SIMPACK可以模拟车辆通过曲线、切换轨道、速度改变等情况下的平稳性。
在车辆通过曲线时，软件可以根据车辆的动力学参数和力学行为来计算车辆的侧向力和倾斜角度。
在车辆切换轨道或速度改变时，可以模拟车辆的加速度和制动性能。
通过对这些情况的模拟，可以评估车辆的平顺性能和舒适度。
SIMPACK还可以考虑轨道的不平顺和外界扰动对车辆平稳性的影响。
轨道的不平顺可以通过定义轨道的几何特征和不平顺度来模拟。
外界扰动可以考虑风荷载、道路颠簸、轮对不平衡等因素。
通过对这些影响因素的建模，可以评估车辆在不同工况下的平稳性能。
SIMPACK提供了丰富的结果分析功能，可以对车辆的运动和力学行为进行详细的分析。
通过对仿真结果的分析，可以得出车辆的振动幅值、加速度、倾斜角度等参数，从而评估车辆的平稳性和舒适性。
基于SIMPACK的轨道车辆平稳性研究可以准确地模拟车辆的动力学行为，并评估车辆在不同工况下的平稳性能。
这对于提高轨道车辆的舒适性和安全性具有重要意义。
基于SIMPACK的轨道车辆平稳性研究
基于SIMPACK的轨道车辆平稳性研究轨道车辆的平稳性是指车辆在行驶过程中的稳定性和舒适性。
SIMPACK（SIMulation PACKage）是一种用于车辆动力学仿真的软件，可以模拟车辆在不同工况下的动力学性能和稳定性。
在轨道车辆的平稳性研究中，首先需要建立车辆的动力学模型。
SIMPACK可以根据车辆的结构和性能参数来建立车辆模型，并通过物理学原理和数学方程进行仿真计算。
模型可以包括车体、车轮、悬挂系统、牵引系统等部件，可以考虑不同路面条件和操作工况对车辆的影响。
在进行平稳性研究时，可以通过SIMPACK对车辆进行动态响应分析。
根据车辆模型和载荷条件，可以计算车体的加速度、速度和位移等参数，进而评估车辆的平稳性。
通过改变模型的参数，可以探究不同因素对车辆平稳性的影响，如悬挂刚度、轮胎摩擦系数、质量分布等。
可以通过改变操作工况，如加速度、制动力、转弯半径等，来研究车辆在不同工况下的平稳性变化。
SIMPACK还可以模拟车辆的操纵性能。
可以通过SIMPACK对车辆的转向和刹车系统进行仿真，计算操纵输入与车辆响应之间的关系。
通过模拟不同操纵输入下的车辆行为，可以评估车辆的操纵稳定性和舒适性。
可以通过改变操纵系统的参数，如转向比、刹车力分配等，来研究车辆操纵性能的影响。
除了对车辆的动力学进行仿真分析，SIMPACK还可以对车辆的振动和噪声进行模拟。
可以根据车辆模型和路况输入，计算车辆的振动加速度和振动频谱图。
可以通过改变悬挂系统的参数，如减振器刚度、阻尼等，来研究车辆的振动特性。
SIMPACK还可以模拟车辆的噪声产生和传播，通过改变车辆和环境参数，研究车辆的噪声控制策略。
基于SIMPACK的轨道车辆平稳性研究可以通过建立车辆模型，进行动力学仿真分析，评估车辆的平稳性、操纵性能和振动噪声等特性。
这种研究方法可以为轨道车辆设计和改进提供重要的理论指导和技术支持。
不同车型城市轨道车辆动力学模型建立及仿真共23页PPT
不同车型城市轨道车辆动力学模型建立及 仿真
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46、寓形宇内复几时，曷不委心任去 留。
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ห้องสมุดไป่ตู้
47、采菊东篱下，悠然见南山。
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48、啸傲东轩下，聊复得此生。
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49、勤学如春起之苗，不见其增，日 有所长 。
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50、环堵萧然，不蔽风日；短褐穿结 ，箪瓢 屡空， 晏如也 。
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
基于SIMPACK的城际动车组建模与仿真
基于SIMPACK的城际动车组建模与仿真作者：王珊珊来源：《科技创新与应用》2020年第15期摘; 要：文章以某城际动车组为研究对象，依靠多体动力学软件SIMPACK建立单节拖车仿真模型，并对车辆动力学性能进行分析。
仿真结果表明：非线性临界速度、脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力、轮轨横向力等指标均在规定的安全限值以内。
此外，應用Sperling平稳性指标来评价车辆运行舒适性，得出该动车组的横向和垂向运行平稳性等级均为“优”，且车辆横向运行平稳性优于垂向运行平稳性。
关键词：动车组;动力学仿真;安全性;舒适性中图分类号：TP391 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）15-0024-02Abstract： An intercity EMU is regarded as the research object in this paper. A single trailer simulation model is established and vehicle dynamicsperformance are analyzed by using SIMPACK. The simulation results show that the non-linear critical speed， derailment coefficient， wheel load reduction rate， wheel axle lateral force， wheel rail lateral force and other indicators are all within the specified safety limits. In addition， it is concluded that the horizontal and vertical running stability of the EMU is "excellent" by using the Sperling stability index to evaluate the running comfort of the vehicle， and the horizontal running stability of the vehicle is better than the vertical running stability.Keywords： EMU; dynamics simulation; safety; comfort1 SIMPACK软件介绍多体动力学软件SIMPACK可进行动力学仿真分析，模拟整车的系统振动特性、各构件的受力情况等等，特别是轮轨模块（Wheel/Rail）应用十分广泛。
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南京浦镇A型地铁车辆动力学计算SIMPACK建模记录1创建文件主窗口>>File>>Open File，弹出文件选择窗口。
选择合适的文件目录，点击New，输入文件名，OK。
主菜单>>Model Setup，弹出建模窗口，同时创建了基本模型，该基本模型包括一个坐标参考系（Isys），一个刚体（Body）和一个运动副（joint）。
2设置环境2.1设置重力建模窗口>>Globals>>Gravity，弹出重力设置窗口。
将重力设置为Z方向+9.81，OK。
2.2设置视图建模窗口>>View>>View Setup，弹出视图设置窗口。
选择【Standard Views】中的【wheel/Rail: Perspective view】，OK。
3创建第1个轮对3.1创建轮对刚体建模窗口>>Element>>Bodies，弹出刚体元件窗口。
将Body1重命名为Wheelset1。
双击Wheelset1，弹出刚体参数设置窗口。
设置轮对的参数：轮对的质量为1654kg，轮对的摇头转动惯量为726 kg.m.m。
选择【3D Geometry】，弹出刚体外形设置窗口。
双击$P_Wheelset1_Cuboid，出现设置外形参数窗口。
设置车轴外形参数，见上图，OK。
回到刚体外形设置窗口，OK。
回到刚体设置窗口，OK。
4创建轮对的运动副和轮轨接触4.1创建轮对的运动副>>Elements>>Joints，出现运动副窗口，双击$J_Wheelset1，出现运动副设置窗口。
选择07号运动副，设置初始状态。
4.2创建轮轨接触选择【Generate/Update Wheel-Rail Elements of Joint】，出现轮轨接触窗口。
选择OK，回到运动副设置窗口。
点击【Assemble System】，OK，完成车轮及轮轨接触运动副设置。
模型文件名：Ametro_01。
5设置初始轨道>>Globals>>Track，出现轨道设置窗口。
SIMPACK中，可以设置六种轨道形式：（1）直线；（2）圆曲线；（3）直线+缓和曲线+圆曲线；（4）直线+缓和曲线+圆曲线+缓和曲线+直线；（5）两段方向曲线+直线；（6）道岔；5.1直线【Toplogy】选择Straight Track，输入线路总长度，OK。
程序调试时，通常采用直线形式。
模型文件名：Ametro_02。
5.2曲线曲线需要选择以下参数：（1）缓和曲线超高类型（S形、直线形）；（2）超高形式（中心线、内轨式）曲线的设置包括以下参数：（1）直线长度：（2）缓和曲线长度；（3）圆曲线半径；（4）曲线超高；（5）超高测量值（默认1.506m）；（6）圆曲线长度；（7）线路总长度；6设置车辆总体参数6.1车辆总体参数初步设置>>Globals>>Vehicle Globals，出现车辆总体参数设置窗口。
设置轮对类型【Wheelsets of Type】：Wheelset1设置车辆速度【v_vehicle】：10m/s；设置轨道参数模式【Rail gauge given by】：Track Gauge设置左轮滚动圆半径：0.42m；设置右轮滚动圆半径：0.42m；设置车轮滚动圆横向间距之半：(1.353+2*0.07)/2=0.7465m；设置轨距：1.435m；设置轨距测量高度：0.014；设置轨底坡：1/40；（如果没有轨底坡，则设为“0”）设置左轮踏面外形：S1002；设置左轨外形：UIC60；设置右轮踏面外形：S1002；设置右轨外形：UIC60；设置轮轨接触模式：【single contact】，【constraint contact】，【Table eveluation】。
选择【Apply as Defaults】，Close，完成设置。
6.2保存设置建模窗口>>File>>Save，建模窗口>>File>>Reload，系统自动完成轮对与线路的装配，如下图所示。
注意：由于SIMPACK没有undo功能，因此在每一步完成后请存盘，然后重新载入模型，或者另存为一新文件。
6.3轮轨接触几何关系检查当对车轮踏面和轨头外形设置完成后，可检查轮轨接触几何关系。
点击【Check Profile/Tables】，出现轮轨接触几何关系检查设置窗口以及结果窗口。
6.4轮轨接触力计算设置点击【Contact Force 】，出现轮轨接触力计算设置窗口。
各选项说明如下： 蠕滑力计算理论：默认为Kalker 简化理论； 摩擦形式：默认为常数； 摩擦系数：默认取0.4；车轮正压力小于等于零时： （1）终止计算；（2）垂向载荷变为零；注意：以上选项的存在条件时轮轨运动副设置为07或09。
轮对抬高量时： （1） 不作处理；（2）跳起5mm 时终止计算；（3）爬起5mm 时终止计算。
6.5轮轨接触模式6.5.1单点与多点接触单点接触：一点接触多点接触：最多三点接触——踏面、轮缘、轮背各一点。
6.5.2刚性与弹性接触刚性接触：（1）法向力等于约束力；（2）避免高频振动，运算速度快；（3）车轮只存在“假抬起”；（4）可进行单点、多点接触计算。
弹性接触：（1）用单侧弹簧和阻尼（18号元件）代替约束；（2）法向力等于弹簧和阻尼合力；（3）存在高频振动，计算速度慢；（4）车轮可能抬起；（5）仅适用于单点接触。
6.5.3轮轨接触模式的选择（1）调试模型——单点刚性接触，不允许跳起；（2）平稳性计算，线路激扰小——单点刚性接触，不允许跳起；（3）平稳性计算，线路激扰大——单点刚性接触，允许跳起；（4）脱轨安全性计算，大曲线——单点弹性接触，允许跳起；（5）脱轨安全性计算，小曲线——多点刚性接触，允许跳起；（6）曲线通过计算，可能出现大冲角——在线轮轨力计算；模型文件名：Ametro_03。
7创建第2个轮对7.1创建轮对刚体>>Element>>Bodies，弹出刚体元件窗口。
新建一个刚体，命名为Wheelset2，弹出参数设置窗口。
设置轮对的参数：轮对的质量为1654kg，轮对的摇头转动惯量为726 kg.m.m。
7.2创建轮对的运动副和轮轨接触>>Elements>>Joints，出现运动副窗口（备注：每创建一个刚体时，系统自动在该刚体上创建一个运动副）。
双击$J_Wheelset2，出现运动副设置窗口。
选择07号运动副，设置初始状态，S=2.5m（轴距）。
选择【Generate/Update Wheel-Rail Elements of Joint】，出现轮轨接触窗口。
选择【Wheelset Type】与第1个轮对相同：WheelsetType_1，OK。
回到运动副设置窗口，点击【Assemble System】，OK。
7.3保存设置建模窗口>>File>>Save，建模窗口>>File>>Reload，系统自动完成轮对与线路的装配。
7.4创建轮对的运动副和轮轨接触由于轮对的类型与第1个轮对相同，因此不需要再设置参数。
如果两个轮对的参数不同，则需要设置该参数。
模型文件名：Ametro_04。
8创建构架8.1创建构架刚体>>Element>>Bodies，弹出刚体元件窗口。
新建一个刚体，命名为frame1，弹出参数设置窗口。
设置构架的参数：动车构架的质量为3970kg，摇头转动惯量为4716kg.m.m（Izz），侧滚转动惯量为2058kg.m.m（Ixx），点头转动惯量为2936kg.m.m（Iyy）。
构架的质心为（0，0，-0.5），质心位置这样设置的好处是使得构架参考系的高度在轨面上，便于构架上其它Marker点的位置设置，这时在构架运动副中的高度不需要设置。
构架其它参数设置如下图所示。
8.2创建构架的外形8.2.1构架的侧梁选择【3D Geometry】，出现几何图形设置窗口。
重新名为Frame，选中进入图形设置窗口。
【Type】选择22：Wheel Rail Bogie。
设置参数如上图，OK。
8.2.2构架的前横梁在几何图形设置窗口，增加新的几何图形travf，进入图形设置窗口。
【Type】选择01：Cubiod，设置参数如上图，OK。
8.2.3构架的后横梁在几何图形设置窗口，增加新的几何图形travb，进入图形设置窗口。
【Identify to】：travf，设置参数如上图，OK。
8.3创建轮对的运动副>>Elements>>Joint，双击$J_Frame，出现运动副设置窗口。
【Joint type】选择07:General Wheel/Rail Joint。
设置初始状态，S=1.25m（转向架质心纵向坐标）。
注意：不要选择【Generate/Update Wheel-Rail Elements of Joint】。
8.4保存设置建模窗口>>File>>Save，建模窗口>>File>>Reload。
模型文件名：Ametro_05。
9创建一系悬挂9.1创建轮对的Marks点>>Elements>>Bodies，选择第1个轮对。
选择【Marks】，出现Mark点窗口。
新建轮对上Mark点，wheelset1_PS_L（0，-1，0）和wheelset1_PS_R（0，1，0）。
注意：这里的坐标均为相对坐标，是相对刚性质心的坐标。
同样，创建第2个轮对Marks点，wheelset2_PS_L（0，-1，0）和wheelset2_PS_R（0，1，0）。
9.2创建构架的Marks点Frame1_PS_FL（-1.25，-1，-0.42），Frame1_PS_FR（-1.25，1，-0.42）Frame1_PS_BL（1.25，-1，-0.42），Frame1_PS_BR（1.25，1，-0.42）实际上，构架上的Mark点与轮对的Mark点在空间的位置重合。
9.3创建一系弹簧>>Elements>>Forces，新建一个力元件PS_FL1，出现了力元件设置窗口。
【Force Type】选择05:Spirng Damper parallel Cmp，设置一系弹簧参数，如上图。
小技巧：选择【From Marker i】和【To Marker j】的顺序时，应尽量使得预平衡载荷【Nonimal Force】为负值。