轨道车辆仿真分析技术与应用

仿真分析技术是轨道车辆设计技术的重要研究方向之一, 是提升高速
列车设计水平和运行品质的重要手段。 我国国土面积大, 覆盖高温、 高
湿、 高海拔等多种地理环境条件, 高速列车运行时面临着强度、 疲劳、 碰
撞、 振动、 噪声、 动力学、 空气动力学、 电磁兼容等众多学科相关的内外
部影响和激励, 仿真分析遵循的方法各异。 中车唐山公司通过多年的研
究, 搭建了轨道车辆相关学科仿真技术体系, 形成了仿真平台、 仿真数据
库及仿真流程管理等一系列知识产权体系, 掌握了大量仿真分析与优化设
计的各学科工程化应用经验。
本书从高速列车和城轨列车两个角度, 通过轨道交通车辆仿真设计技
术以及相关标准介绍, 分别阐述了强度、 碰撞、 减振降噪、 动力学、 空气
动力学、 电磁兼容等学科的仿真分析技术及实例运用, 向广大读者介绍轨
道交通行业的车辆仿真分析及验证技术。 本书从轨道交通行业典型仿真分
析案例出发, 结合轨道车辆设计需求, 由浅入深地讲解仿真分析技术在轨
道车辆上的工程化应用研究现状及相关关键技术, 为轨道交通行业的技术
人员提供参考。 本书也可以作为轨道交通行业相关科研院所研究人员、 高
校师生等学习仿真分析技术的入门教程或参考书。

第 1 章 轨道车辆验证需求与仿真平台 ……………………………………………………… 1
1. 1 轨道车辆仿真验证需求 ………………………………………………………………… 1
1. 2 仿真流程管理 …………………………………………………………………………… 3
1. 3 仿真数据库 ……………………………………………………………………………… 7
1. 3. 1 系统体系结构 ……………………………………………………………………… 7
1. 3. 2 主要功能 …………………………………………………………………………… 9
第 2 章 强度分析与应用实例 ……………………………………………………………… 21
2. 1 车辆强度仿真分析方法………………………………………………………………… 21
2. 1. 1 评价标准 …………………………………………………………………………… 21
2. 1. 2 建模规范 …………………………………………………………………………… 22
2. 1. 3 试验方法 …………………………………………………………………………… 26
2. 2 动车组强度仿真分析与试验验证……………………………………………………… 26
2. 2. 1 车体结构简介 ……………………………………………………………………… 26
2. 2. 2 坐标系定义 ………………………………………………………………………… 26
2. 2. 3 车体仿真分析工况 ………………………………………………………………… 27
2. 2. 4 车体有限元模型 …………………………………………………………………… 29
2. 2. 5 有限元仿真分析结果 ……………………………………………………………… 30
2. 2. 6 试验应变片编号及具体位置 ……………………………………………………… 32
2. 2. 7 仿真与试验对比工况 ……………………………………………………………… 36
2. 2. 8 仿真与试验对比分析结果 ………………………………………………………… 37
2. 2. 9 仿真计算与试验结果一致性分析 ………………………………………………… 38
2. 3 城轨车辆强度仿真分析与试验验证…………………………………………………… 39
2. 3. 1 车体结构简介 ……………………………………………………………………… 39
2. 3. 2 坐标系定义 ………………………………………………………………………… 39
2. 3. 3 车体仿真分析工况 ………………………………………………………………… 40
2. 3. 4 车体有限元模型 …………………………………………………………………… 42
2. 3. 5 有限元仿真分析结果 ……………………………………………………………… 42
2. 3. 6 试验应变片编号及具体位置 ……………………………………………………… 44
2. 3. 7 仿真与试验对比工况 ……………………………………………………………… 49
2. 3. 8 仿真与试验对比分析结果 ………………………………………………………… 49
2. 3. 9 仿真计算与试验结果一致性分析 ………………………………………………… 53
第 3 章 碰撞仿真分析与应用实例 ………………………………………………………… 56
3. 1 车辆碰撞仿真分析方法………………………………………………………………… 56
3. 1. 1 评价标准 …………………………………………………………………………… 56
3. 1. 2 算法原理 …………………………………………………………………………… 56
3. 1. 3 分析方法 …………………………………………………………………………… 59
3. 2 动车组碰撞仿真分析与验证…………………………………………………………… 62
3. 2. 1 车体结构简介 ……………………………………………………………………… 62
3. 2. 2 坐标系定义 ………………………………………………………………………… 62
3. 2. 3 车钩模型建立 ……………………………………………………………………… 63
3. 2. 4 有限元模型 ………………………………………………………………………… 64
3. 2. 5 碰撞仿真分析计算工况 …………………………………………………………… 65
3. 2. 6 碰撞仿真分析计算结果 …………………………………………………………… 67
3. 3 城轨车辆碰撞仿真分析………………………………………………………………… 86
3. 3. 1 车体结构简介 ……………………………………………………………………… 86
3. 3. 2 坐标系定义 ………………………………………………………………………… 86
3. 3. 3 车钩模型建立 ……………………………………………………………………… 87
3. 3. 4 有限元模型 ………………………………………………………………………… 88
3. 3. 5 碰撞仿真分析计算工况 …………………………………………………………… 89
3. 3. 6 碰撞仿真分析计算结果 …………………………………………………………… 90
第 4 章 减振降噪分析与应用实例 ………………………………………………………… 105
4. 1 车辆振动噪

仿真分析技术是支撑轨道车辆这一国之重器装备研发及性能提升的重要技术手段。 我国
国土面积大, 覆盖高温、 高湿、 高海拔等多种地理环境条件, 高速列车运行时面临着强度、
疲劳、 碰撞、 振动、 噪声、 动力学、 空气动力学、 电磁兼容等众多学科相关的内外部影响和
激励, 仿真分析遵循的方法各异。 中车唐山机车车辆有限公司 ( 简称中车唐山公司) 通过
多年的研究, 搭建了轨道车辆相关学科体系, 形成了仿真平台、 仿真数据库及仿真流程管理
等一系列知识产权体系, 掌握了大量仿真分析与优化设计的各学科工程化应用经验。
本书内容主要依托于 “高速列车综合节能关键技术与集成应用示范” “ 基于 ‘ 重量-阻
力-动力’ 多目标均衡的综合节能技术研究” 等国家级科技项目以及中国中车公司科技立项
“仿真平台建设” “快速仿真平台建设” 等科技研究项目。 本书通过轨道交通车辆仿真设计
技术以及相关标准介绍, 分别阐述了强度、 碰撞、 减振降噪、 动力学、 空气动力学、 电磁兼
容等学科的仿真分析技术及实例运用, 向广大读者介绍轨道交通行业的车辆仿真分析及验证
技术, 建立了从理论基础到工程设计方法, 再到最终工程设计之间的设计理念。 本书从轨道
交通行业典型仿真分析案例出发, 结合轨道车辆设计需求, 由浅入深地讲解仿真分析技术在
轨道车辆上的工程化应用研究现状及相关关键技术, 为轨道交通行业的技术人员提供参考。
本书也可以作为轨道交通行业相关科研院所研究人员、 高校师生等学习仿真分析技术的入门
教程或参考书。