simpack动力学建模、计算手册

建模、计算记录1创建文件主窗口FileOpenFile，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ModelSetup，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GlobalsGravity，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ViewViewSetup，弹出视图设置窗口。选择【StandardViews】中的【wheel/Rail:Perspectiveview】，OK。3创建第1个轮对3.1创建轮对刚体建模窗口ElementBodies，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726kg.m.m。3.2创建轮对的外形选择【3DGeometry】，弹出刚体外形设置窗口。双击$P_Wheelset1_Cuboid，出现设置外形参数窗口。设置车轴外形参数，见上图，OK。回到刚体外形设置窗口，OK。回到刚体设置窗口，OK。4创建轮对的运动副和轮轨接触4.1创建轮对的运动副ElementsJoints，出现运动副窗口，双击$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/UpdateWheel-RailElementsofJoint】，出现轮轨接触窗口。选择OK，回到运动副设置窗口。点击【AssembleSystem】，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GlobalsTrack，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StraightTrack，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GlobalsVehicleGlobals，出现车辆总体参数设置窗口。设置轮对类型【WheelsetsofType】：Wheelset1设置车辆速度【v_vehicle】：10m/s；设置轨道参数模式【Railgaugegivenby】：TrackGauge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：【singlecontact】，【constraintcontact】，【Tableeveluation】。选择【ApplyasDefaults】，Close，完成设置。6.2保存设置建模窗口FileSave，建模窗口FileReload，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【CheckProfile/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【ContactForce】，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ElementBodies，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726kg.m.m。7.2创建轮对的运动副和轮轨接触ElementsJoints，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$J_Wheelset2，出现运动副设置窗口。选择07号运动副，设置初始状态，S=2.5m（轴距）。选择【Generate/UpdateWheel-RailElementsofJoint】，出现轮轨接触窗口。选择【WheelsetType】与第1个轮对相同：WheelsetType_1，OK。回到运动副设置窗口，点击【AssembleSystem】，OK。7.3保存设置建模窗口FileSave，建模窗口FileReload，系统自动完成轮对与线路的装配。7.4创建轮对的运动副和轮轨接触由于轮对的类型与第1个轮对相同，因此不需要再设置参数。如果两个轮对的参数不同，则需要设置该参数。模型文件名：Ametro_04。8创建构架8.1创建构架刚体ElementBodies，弹出刚体元件窗口。新建一个刚体，命名为frame1，弹出参数设置窗口。设置构架的参数：动车构架的质量为3970kg，摇头转动惯量为4716kg.m.m（Izz），侧滚转动惯量为2058kg.m.m（Ixx），点头转动惯量为2936kg.m.m（Iyy）。构架的质心为（0，0，-0.5），质心位置这样设置的好处是使得构架参考系的高度在轨面上，便于构架上其它Marker点的位置设置，这时在构架运动副中的高度不需要设置。构架其它参数设置如下图所示。8.2创建构架的外形8.2.1构架的侧梁选择【3DGeometry】，出现几何图形设置窗口。重新名为Frame，选中进入图形设置窗口。【Type】选择22：WheelRailBogie。设置参数如上图，OK。8.2.2构架的前横梁在几何图形设置窗口，增加新的几何图形travf，进入图形设置窗口。【Type】选择01：Cubiod，设置参数如上图，OK。8.2.3构架的后横梁在几何图形设置窗口，增加新的几何图形travb，进入图形设置窗口。【Identifyto】：travf，设置参数如上图，OK。8.3创建轮对的运动副ElementsJoint，双击$J_Frame，出现运动副设置窗口。【Jointtype】选择07:GeneralWheel/RailJoint。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/UpdateWheel-RailElementsofJoint】。8.4保存设置建模窗口FileSave，建模窗口FileReload。模型文件名：Ametro_05。9创建一系悬挂9.1创建轮对的Marks点ElementsBodies，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ElementsForces，新建一个力元件PS_FL1，出现了力元件设置窗口。【ForceType】选择05:SpirngDamperparallelCmp，设置一系弹簧参数，如上图。小技巧：选择【FromMarkeri】和【ToMarkerj】的顺序时，应尽量使得预平衡载荷【NonimalForce】为负值。如果预平衡载荷为正值，可能回出现车轮离开轨道的情况，影响积分的速度，这时可将【FromMarkeri】和【ToMarkerj】的顺序颠倒，就能解决问题。选择【3DGraph】，出现力元件形状设置窗口。设置力元件外形，如上图，OK。同理，设置其它一系垂向弹簧力元件，PS_FR1，PS_BL1，PS_BR1。9.4保存设置建模窗口FileSave，建模窗口FileReload。模型文件名：Ametro_06。10模型检查10.1加速度检查建模窗口GlobalsVehicleGlobals，出现车辆参数设置窗口。速度设为1m/s，【ApplyasDefaule】。建模窗口FileSave。主窗口CalculationTestCallPerformance。检查各运动副的加速度。主窗口PostProcessStatesPlots。如果模型中所有运动副的加速度接近零值，说明模型没有错误。如果模型中某个运动副的加速度很大（如达到10g左右），说明给运动副存在错误。如果模型中某个运动副的Z向加速度为1g左右，说明该模型初始状态没有平衡。10.2载荷预平衡建模时，各刚体的位置通常是取空车（重车）的平衡位置，因此必须对垂向弹簧施加预载荷以平衡重力。关闭建模窗口。主窗口CalculationNonimalForces，出现载荷预平衡窗口。点击【InitialisewithAll】，需要计算的ForceElement出现。点击【PerformCalculation】，计算结果窗口出现。检查各力元件上载荷的对称性，如果某一力元件与其它同类元件的载荷相差较大，说明该力元件存在错误。小技巧：如果预平衡载荷为正值，可将力元件的【FromMarkeri】和【ToMarkerj】的顺序颠倒，就能解决问题。当各力元件上载荷很对称时，点击【Save】，出现计算结果保持窗口，按图示选择后，点击OK。点击【Exit】，退出预载荷计算窗口。10.3计算检查进入建模窗口。建模窗口CalculationTimeIntegration，出现时域积