铁路运输论文铁路客运论文：军事装备铁路运输性试验仿真程序与方法

� 2010年 8月第 24卷 第 4期 装 甲 兵 工 程 学 院 学 报 Journal of Academy ofA rm ored Force E ngineering Aug. 2010 Vo.l 24 No. 4 � � � 文章编号: 1672�1497( 2010) 04�0001�05 军事装备铁路运输性试验仿真程序与 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 鲍平鑫, 杨永伟, 余贻荣, 吴晓东 (军事交通学院 军事交通系,天津 300161) 摘 � 要: 从分析军事装备运输性相关概念及国内外研究现状入手,提出了军事装备铁路运输性试验仿真的程序与 方法, 并将其划分为仿真系统建模、仿真试验、模型验证、模型修正和应用仿真结果进行分析等 5个基本步骤。按 照制定的程序与方法对某在研装备进行了运输性仿真试验,结果表明: 制定的程序与方法是可行的,可为军事装备 铁路运输性试验仿真提供理论依据与方法指导。 关键词: 军事装备;铁路运输; 运输性;仿真 ;模型 中图分类号: U292. 5; T J089� � � 文献标志码: A Procedure andM ethod ofM ilitary Equipm entRailway Transportability Testing Simulation BAO P ing�x in, YANG Yong�we,i YU Y i�rong, WU X iao�dong (M ilitary T ran sportat ion Dep artm en t, A cadem y ofM il itary T ran sportat ion, T ian j in 300161, Ch ina) Abstract: Starting from the concepts o fm ilitary equ ipment transportab ility and domestic and overseas re� search present condition, the procedure and method ofm ilitary equipm ent ra ilw ay transportability testing simulation are first put forw ard, and are div ided into five steps: the simulat ion system modeling, the sim� u lation testing, themodelmodificat ion, and the app lication simulat ion resu lt ana lysis. The transportab ili� ty simulation test for equipm ent according to the regu lated procedure and method is conducted and the conc lusion that the regu lated procedure andm ethod are feasib le is obta ined. The theory basis andm ethod instruct ion fo rm ilitary equipm ent ra ilw ay transportab ility test ing simulation are prov ided. Key words: m ilitary equipm en;t railw ay transportation; transportab ility; simu lation; model 收稿日期: 2010�03�19 基金项目:军队科研计划项目 作者简介:鲍平鑫 ( 1956- ) ,男,教授,硕士。 � � 军事装备铁路运输性试验仿真具有灵活性、可 重复性、无破坏性和费用低等特点,能够模拟各种极 端的铁路运输环境条件, 为军事装备铁路运输性的 评价 LEC评价法下载LEC评价法下载评价量规免费下载学院评价表文档下载学院评价表文档下载 及军事装备铁路运输载运 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 的制定提供依 据。更为重要的是: 仿真试验还可以对概念中的装 备和在研装备进行铁路运输性试验, 为新装备研制 过程中的方案设计提供运输性指导, 从而从源头上 解决装备的铁路运输性问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。随着我军装备建设步 伐的加快,运用仿真技术进行铁路运输性试验成为 了一项十分迫切的需求。本文旨在建立军事装备铁 路运输性试验仿真的一般流程,为军事装备铁路运 输性试验仿真工作提供理论指导。 1� 基本概念 1. 1� 军事装备运输性 军事装备运输性是指军事装备适应运输的固有 特性,是军事装备实施安全与快速运输的基本保证。 是拟通过铁路、公路、水路和航空运输的装备, 其尺 寸、质量、质心、装卸条件、固定位置、运输环境条件、 包装与集装措施等要分别满足不同运输方式的需 要。军事装备在方案设计的技术文件中必须贯彻运 输性基本要求 [ 1]。从其定义可以看出:军事装备运 输性是装备的固有属性和设计属性, 它是设计和制 造出来的,一旦形成装备,其是否适合运输的性能即 装 甲 兵 工 程 学 院 学 报 第 24卷 � 被确定 [ 2]。军事装备运输性包括: 铁路运输性、公 路运输性、水路运输性和航空运输性。 1. 2� 军事装备运输性试验 军事装备运输性试验是指为检验与考核装备运 输性所进行的试验 [ 3] , 包括铁路运输性试验、公路 运输性试验、水路运输性试验和航空运输性试验等。 铁路运输性试验主要包括滚装试验、捆绑加固 试验、限界尺寸通过性试验、振动试验、运行试验、冲 击试验和温度试验等。其中,滚装试验和限界尺寸 通过性试验主要考察装备的轮距、履带中心距、接近 角、离去角、纵向通过角、最小离地间隙、转弯半径、 总质量、轴压、荷载和最大爬坡度对铁路固定或活动 站台适应性、装备外廓尺寸对载运工具及运输限界 的适应性, 这 2个试验主要是通过现场测量进行。 捆绑加固试验主要是考察装备对捆绑加固器材的适 应性, 并检验装备固定点的强度, 一般通过振动、运 行、冲击试验来检验。所以装备的铁路运输性试验 一般以振动、运行、冲击和温度试验为主。 1. 3� 军事装备铁路运输性试验仿真 军事装备铁路运输性试验仿真是指为了检验装 备适应铁路运输的固有能力,利用虚拟现实技术对 军事装备铁路性试验进行仿真的过程, 以振动、运 行、冲击和温度试验为主。 2� 国内外研究现状 2. 1� 国外研究现状 美军非常重视运输性模拟仿真方面的研究,并 大力开发运输性模拟仿真软件,这些软件主要用于 运输性工程过程中对运输环境、装备尺寸适应性和 结构适应性的模拟与仿真。如 V irtua l Prov ing Ground( VPG�T ) [ 4]是美国开发的一个三维模拟 ( 3D M odel)、多维动态分析和结构分析软件, 它能仿真和 分析实际结构、运输中的受力和相应的运输性试验。 其中, 三维模拟主要用于分析实际和法定的尺寸限 界;动态模拟 ( Structural Ana lysis)主要用于分析受 力情况和受力过程; 结构分析主要是运用有限元法 分析载荷情况; 铁路撞击 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ( R ail Impact C riteria) 主要用于分析铁路撞击时的情况,其典型应用包括: 铁路运输限界分析、陆路装载分析、航空装载分析、 吊装与固定分析、运行受力分析等; T ransportability Analysis Repo rts Generator( TARGET ) [ 5]主要用于陆 军和海军陆战队的运输性试验项目的模拟仿真,包 括车辆装载模型、陆路运输装载模型、航空装载模型 等, 可以仿真运输装载情况、尺寸和质量的适应情况 及运输过程中的受力情况等。 2. 2� 国内研究现状 我军自 2005年才开始对军事装备铁路运输性 试验仿真进行研究,经过几年的研究取得了一些研 究成果,其中, 文献 [ 6�8]都对军事装备铁路运输的 某一方面进行了仿真尝试, 但是都停留在初步的模 型构建阶段,目前国内还没有文献对军事装备铁路 运输性试验仿真的程序和方法进行系统的归纳与总 结。 3� 试验仿真的程序与方法 � � 军事装备铁路运输性试验仿真主要分为仿真系统 建模、仿真试验、模型验证、模型修正、应用仿真结果进 行分析等 5个步骤。具体的仿真流程如图 1所示。 图 1� 军事装备铁路运输性试验仿真流程 � 3. 1� 仿真系统建模 仿真系统建模包括外部 CAD建模、构建系统拓 扑结构、仿真软件内部建模 3个部分。 3. 1. 1� 外部 CAD建模 外部 CAD建模是指运用专业的 CAD建模软件 (例如: P ro�E、CATIA等 )构造铁路平车、敞车、棚车 等载运工具和军事装备的部分模型。 由于真实系统的整体结构比较复杂,要想在建模 的过程中把每一个部分都如实地反映出来是非常困 难的,甚至是无法实现的, 所以在构建 CAD模型时, 在力求精细的基础上,要对模型进行适当简化, 对不 研究内部结构的部件应以刚体代替,这样可以减少模 型系统整体的自由度,降低模型的复杂度,提高建模 速度和仿真软件运行的效率。而对这些简化的刚体 部分,运用专业的 CAD建模软件建模比较方便快捷。 3. 1. 2� 构建系统拓扑结构 2 � 第 4期 鲍平鑫,等: 军事装备铁路运输性试验仿真程序与方法 拓扑结构图能反映出对所要建立的模型的各个 子系统的相互关系、相互作用情况。因此,分析系统 各部分之间的实际铰接形式,构建系统的拓扑结构 至关重要,它是仿真系统内部建模的主要依据,并且 对模型的检查修正工作有辅助作用。 3. 1. 3� 仿真软件内部建模 仿真软件内部建模主要包括以下内容。 1)把 在外部建立的载运工具和装备的部分 CAD模型导 入到仿真软件中,生成仿真软件可以识别的仿真模 型。在 CAD模型导入的过程中要选择好坐标系,并 尽量降低弦高和角度偏差。 2)进一步完成载运工 具和装备的建模。外部 CAD建模只建立了载运工 具和装备的部分模型, 其他部分的模型要在仿真软 件的内部建立。 3)构建捆绑加固器材的模型, 按照 载运方案和系统的拓扑结构将装备装载到载运工具 上面, 并对装备进行捆绑加固, 设置装备和载运工具 的初始位置。4 )输入各种仿真参数。需要设置的 参数主要有质量特性参数 (质量、质心、转动惯量 等 )、力学特性参数 (刚度、阻尼等特性 )、试验工况 参数 (轨道路谱、冲击谱、激励等 )和设置测量点来 测量所需要的仿真数据等。 3. 2� 仿真试验 仿真模型建立完毕之后,就可以进行仿真试验。 由于事先已经设定了各种初始条件和输出形式,运 行软件之后就可以得出各种仿真所需要的数据。 3. 3� 模型验证 模型验证是从仿真系统应用的角度来确定仿真 模型代表实际系统的准确程度,是考察军事装备铁 路运输性试验仿真可信度的重要内容。通过对军事 装备铁路运输性试验仿真的模型进行验证, 能够得 出其仿真模型的精确度, 为仿真模型的修正提供重 要依据。其目的和任务是根据特定的建模目的和目 标,考察仿真模型在其使用范围内是否准确地代表 了实际系统,达到了仿真与建模的目的。 分析在相同输入条件真实系统的输出数据与仿 真系统输出数据是否一致以及一致性程度, 是模型 验证的基本方法。常用的模型验证方法主要有:判 断比较法、数理统计法、频谱分析法、动态关联分析 法、灵敏度分析法和时间序列法等。 3. 4� 模型修正 模型修正是指模型验证结果显示模型的精确度 还没有达到预定的要求,仿真结果还不可信时,对仿 真模型所进行的修改与完善。模型验证结果是模型 修正的重要依据, 通过模型验证得出仿真模型与实 际系统之间存在的差异及差异的程度,按照仿真建 模的步骤,逐一查找系统模型存在的问题,并针对存 在的问题对仿真模型进行修正。 模型修正不等同于模型的重复开发, 它是基于 既有模型的,有一定的基础和依据,也受一定的约束 与限制。模型修正可以分为考察模型的拓扑关系、 确认系统输出的设置、模型结构化并具体修正、修正 积分求解器 4个步骤。模型修改完毕之后, 要重新 进行仿真试验,如此反复,直到仿真结果满意为止。 模型主要修正轨道随机不平顺、轮轨接触几何 关系、轮轨滚动接触蠕滑力、货车转向架非线性特 征、积分算法和积分步长修正等 5个方面的内容。 3. 5� 应用仿真结果进行分析 应用仿真所得到的结果, 参照 GJB�军事装备运 输性基本要求 、GJB�军用物资运输环境条件 、 G JB�军事装备铁路运输装载标准 、G JB�军事装备 铁路运输装载加固基本要求 等军用标准, 分析装 备的铁路运输性和装备载运方案的可行性, 从而为 各种决策提供可靠依据。 4� 仿真实例分析 4. 1� 仿真真实系统描述 本文通过模拟某新研的军用轮式装备铁路运输 紧急制动试验过程,来检验为该装备制定的铁路运 输方案是否可行。 该军用轮式装备的铁路运输方案为: 载运工具 选择 N16型平车; 轮式装备用 8股镀锌铁线按照第一 排轮之前后、第四排轮之前后呈斜八字进行捆绑加 固;用 8块三角挡,分别放置在第一排轮和第四排轮 的前后,三角挡尺寸长度 300 mm, 底宽 250 mm, 高 度不小于 150mm。 所采用的 N16型平车自重 18. 4 ,t自重系数为 0. 283,地板面积为 39m 2,车辆宽度为 3 192mm, 最 大高度为 2 026 mm,空车重心高度为 730mm,车底 架尺寸为 13 m ! 3 m, 采用转 8A型转向架, 转向架 质量为 4 ,t弹簧垂直刚度为 10. 6 kN /mm,采用 MX� 1型缓冲钩。 4. 2� 建模假设 为了减少系统的自由度, 提高仿真软件的运行 效率,本文在建立系统模型时作如下假设: 1)整车零部件中, 除了弹性元件和橡胶元件 外, 其余都假设为刚体, 忽略其弹性体模态。 3 装 甲 兵 工 程 学 院 学 报 第 24卷 � 2)对于模型中的铰链, 假设其内部无摩擦。 3)对刚体之间的连接作适当的简化, 用线性弹 性橡胶衬套来模拟实际工况下的动力学特性。 4. 3� 仿真过程与方法 4. 3. 1� 仿真系统建模 1)外部 CAD建模 将 N16型平车车体和装备车体部分简化为一个 刚体,建模时不考虑其变形, 按照它的实际尺寸, 用 Pro�E软件在外部建立其 CAD模型。其他部分的模 型在 SIM PACK内部建立。 2)构建整车的拓扑结构 构建的整车拓扑结构如图 2所示。 图 2� 整车拓扑结构 �� � 3)仿真软件内部建模 第 1步, 外部 CAD模型导入。将外部建立的 N 16车体和轮式装备车体的 CAD模型通过 Pro�SIM 接口导入 SIMPACK软件中。 第 2步,完成 N16和装备建模。在软件内部建立 N 16其他部分和轨道,然后将导入的平车车体,按照 实际连接关系进行整合。要分别建立装备动力传动 系模型, 前、后悬架模型, 钢板弹簧模型, 减振器模 型,轮胎模型,最后将导入的车体, 按照装备的拓扑 结构对其进行整合。 第 3步,系统整体模型的建立。首先建立镀锌铁 丝和三角档的模型,然后,按照运输方案中的捆绑加固 方式,对装备进行捆绑加固,并调整系统的初始位置。 第 4步,输入参数。输入系统各部分的质量、质 心、转动惯量、刚度、阻尼等数值。轨道路谱的设置: 在设置的铁路路轨上,增加了 20∀的坡度。制动初 速度设为 80 km /h。制动激励的输入: 运用铁路运 输列车制动理论的相关知识,通过插值计算获得制 动力-速度曲线。设置测量点: 在仿真软件中设置相 应的 M arker来测量所需要的仿真数据, 包括: 前后 轮加固绳应力变化值、平车速度和加速度变化值、平 车和装甲车纵向相对位移值。 4. 3. 2� 仿真试验 进行仿真试验,导出所需数据,仿真曲线如图 3 - 6所示。 4 � 第 4期 鲍平鑫,等: 军事装备铁路运输性试验仿真程序与方法 � � 将仿真的结果导入 Excel中进行处理后, 得到 的极值如表 1所示。 表 1� 仿真结果极值表 前轮拉牵绳 应力 /kN 后轮拉牵绳 应力 /kN 最大加速度 / (m# s- 2 ) 最大相对 位移 /mm前轮 之前 前轮 之后 后轮 之后 后轮 之前 装备 平车 4. 585 8 7. 958 8 15. 012 4. 840 - 15. 97 - 15. 64 15. 55 4. 3. 3� 模型验证 由于本装备是新研装备,还没有进行现场试验, 没有现场数据来对仿真结果进行验证,只能运用判 断比较法,请仿真专家对仿真结果进行验证。8位 仿真专家经过认真分析,对仿真模型进行综合打分, 结果如表 2所示。 专家对本仿真模型的综合评分的平均分为 84. 5, 仿真模型基本符合要求,模型通过验证。 4. 4� 仿真结果分析 1)加固镀锌铁丝应力峰值与捆绑加固的位置 有很大的关系, 后轮之后的牵拉绳峰值最大, 为 15�012 kN。根据规定, 8号镀锌铁线单根破断拉力 表 2� 专家打分表 各专家分数 专家 1 专家 2 专家 3 专家 4 专家 5 专家 6 专家 7 专家 8 平均分 85. 4 78. 5 86. 4 87. 9 79. 5 80. 7 89. 6 88. 3 84. 5 为 4�3 kN, 许用拉力取其 50%, 为 2�150 kN [ 9]。 8 股铁线拼齐缠绕使用时, 最大许用抗拉强度为 17�2 kN,在考虑股间摩擦时此数值应大于 17�2 kN。由 此可见:加固镀锌铁丝应力峰值与抗拉强度之间仍 然有着较大的安全空间。 2)紧急制动过程中, 最大相对位移为 15. 55 mm, 这在实际运输过程中是可以接受的,不会对装 备使用造成影响。 3)平车与装备的最大加速度极为接近 (装备的 最大加速度略大一些 ) , 但都远远小于铁路冲击响 应谱规定的 300m /s2。 综合以上分析,对照 G JB�军事装备铁路运输装 载标准 和 G JB�军事装备铁路运输装载加固基本 要求 可知: 为该装备制定的铁路运输方案是可行 的。 参考文献: [ 1 ] � 赵占平.中国百科全书# 军事交通运输分册 [M ]. 2版.北京: 中国大百科全书出版社, 2007: 45. 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