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基于非线性电磁力分析的EMS高速磁浮系统车桥耦合振动研究
| 论文题名： | 基于非线性电磁力分析的EMS高速磁浮系统车桥耦合振动研究 |
| 关键词： | 磁浮系统;车桥振动;振动模型;电磁力;动力学模型 |
| 摘要： | 磁轨之间的电磁力是磁浮系统车桥耦合振动区别于轮轨系统车桥耦合动力学的核心问题。以往的磁浮车辆轨道梁耦合振动研究多采用线性等效弹簧阻尼来模拟电磁力，不考虑主动控制的反馈作用。德国规范中的轨道梁刚度规定只适合于小跨度轨道梁，对于中等跨度轨道梁的刚度并未涉及。本文针对当前EMS(Electromagnetic Suspension电磁悬浮)高速磁浮系统车桥耦合振动研究中存在的问题和不足，建立基于最优控制的非线性电磁力模型，应用于磁浮车桥耦合振动模型，并编制磁浮车桥耦合计算程序MAGLEV，通过轨道梁实测数据校核其可靠性，研究了轨道梁动力特性及中等跨度三跨连续轨道梁的合理刚度，主要工作为： 1．建立单质量体系电磁铁动力学模型，由电磁铁动力学方程推导出其状态空间表达式。求解代数Riccati方程，根据最优控制原理确定主动控制系统反馈矩阵，求解电磁铁的实时悬浮气隙状态和非线性电磁力。 2．轨道梁模型采用空间梁单元模拟，根据达朗贝尔原理建立磁浮车辆刚体模型，引入基于主动控制的非线性电磁力模型，以悬浮气隙为位移协调条件，非线性电磁力作为磁轨之间的作用力与反作用力，建立磁浮车辆与轨道梁耦合振动模型，编制仿真程序并校核。引入Hermite函数考虑磁浮车辆过桥时的轨道梁挠曲引起的加速度效应。 3．研究磁浮车桥耦合振动的高效数值解，改进精细时程积分法，利用矩阵指数函数在计算机字长范围内精确计算特点，给出了动力方程的高精度解。对于求解移动荷载过桥的动力响应，推导出移动荷载在时间步长内跨越单元的杜哈梅尔积分格式，基于外荷载Hermite插值的精细积分数值解与理论解高度一致，解的精度独立于时间步长，大大提高计算效率。利用轨道梁实测数据验证了MAGLEV程序的可靠性及采用基于非线性电磁力模型的必要性。数值仿真分析在磁浮荷载与高速轮轨荷载作用下轨道梁的振动形态差异及磁浮车桥振动激励机理。 4．从轨道梁冲击系数、轨道梁跨中最大加速度、悬浮气隙、电磁力、控制电流、车辆振动加速度等角度，研究线性等效弹簧电磁力模型和非线性电磁力模型在磁浮车桥耦合振动分析中的差异及非线性电磁力的作用机理。 5．从磁浮系统的结构特点入手，研究德国磁浮规范关于轨道梁挠跨比和梁端转角限值的合理性，确定磁浮车桥动力响应的评判标准。研究小跨度简支轨道梁动力特性，分析影响磁浮车桥动力响应的影响因素。以三跨连续梁为例，研究中等跨度轨道梁的车桥动力特性，以磁浮系统轨道梁加速度及乘坐舒适度为依据，建议中等跨度轨道梁合理刚度值。 |
| 作者： | 余华 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 项海帆;吴定俊 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 同济大学土木工程学院 |
| 学位年度： | 2008 |
| 正文语种： | 中文 |
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