【摘 要】
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2003年磁浮上海线的运营速度达到了430km/h,并成功运营十多年,表明高速磁浮技术已经进入相对成熟和商业化运营阶段。目前,我国已经成功组网的高速铁路最高安全运营速度上限一般在350 km/h以下,为了弥补轮轨交通这个速度限制上的缺憾,并填补高速铁路与航空运输之间客运速度的空白。我国十三五期间,科技部启动了磁浮重点研发计划,组织开展了时速600km/h以上的高速磁浮及其相关关键技术的研发。随着磁
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2003年磁浮上海线的运营速度达到了430km/h,并成功运营十多年,表明高速磁浮技术已经进入相对成熟和商业化运营阶段。目前,我国已经成功组网的高速铁路最高安全运营速度上限一般在350 km/h以下,为了弥补轮轨交通这个速度限制上的缺憾,并填补高速铁路与航空运输之间客运速度的空白。我国十三五期间,科技部启动了磁浮重点研发计划,组织开展了时速600km/h以上的高速磁浮及其相关关键技术的研发。随着磁浮车速度的进一步提高,各种新的力学问题都接踵而至,磁浮车与轨道梁体系的动力耦合问题也变得尤为重要,高速磁浮轨道梁体系是保证车辆安全运营的基础,其相关技术是亟待研究的重要方面。因此,运用动力耦合的分析手段,仿真分析磁浮车辆、轨道梁以及其它相关结构的动力响应,获得其变化规律对高速磁浮交通系统的研发和商业化运营是重要的技术支撑,并具有重要的理论意义和社会价值。本文基于跨平台耦合分析框架,针对高速磁浮的竖向和横向耦合振动问题,对高速磁浮的动力耦合问题进行了较系统性的研究;基于5刚体30自由度车辆模型和考虑剪切影响的Timoshenko空间梁单元模型,建立了磁浮空间耦合分析模型。本文主要工作成果如下:（1）基于SIMPACK、ANSYS、SIMULINK三个软件搭建了跨平台的耦合分析框架,提出了多平台联合耦合仿真分析的计算方法,通过分别建立磁浮车辆、桥梁和控制器三个子系统,搭建了车辆-控制器-轨道梁耦合响应分析模型。（2）以单磁铁控制器分析为基础,基于电磁悬浮控制理论,建立了基于位置-速度-加速度状态反馈的PID磁浮控制器,并根据悬浮控制系统特性,给出了控制器基于状态反馈参数变化的一般规律,把该控制器成功应用到了垂向和横向的磁浮间隙控制当中。（3）基于建立的车辆-控制器-轨道梁耦合分析框架和计算模型,仿真分析了磁浮车辆通过单跨简支梁、双跨连续梁以及三跨连续梁等典型梁跨工况的竖向动态响应,并作了比较和验证性分析。基于仿真分析结果,研究了车速、轨道梁刚度、轨道梁质量、车体质量、二系悬挂、桥墩参振和跨度比等参数对于车桥耦合振动响应的影响规律。（4）分析了磁浮系统在横向激励下的振动响应问题。仿真分析了磁浮车辆在轨道不平顺、曲线行驶以及横向风荷载作用下的车桥动力耦合响应,并对磁浮轨道梁体系在横向激励作用下的耦合振动进行了多参数分析,得到了一些具有工程指导意义的结论。
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