无论从重要程度来讲，还是从价格来看，车桥都是商用车上仅次于发动机和车身（驾驶室）的三大核心总成之一。过去，国内商用车整车企业的发展战略是车身必须自制，发动机立足或争取自制，而车桥则一般采用社会资源。然而，随着近年商用车市场，特别是中、重型卡车市场竞争的加剧，为了在核心总成上不受制于人，国内一汽、东风和中国重汽等主要商用车企业要么投巨资、重兵布局发展自己的车桥业务；要么积极主动与有关大型车桥生产企业建立长期战略联盟，以确保自己稳定的零部件供应。下面特别就国内商用车车桥行业现状、面临的挑战、产品发展动向及主要生产企业发展动态进行深度分析。
一、商用车车桥
行业的发展概况
据中国汽车工业协会近期统计数据显示，截至9月底，全国总计销售汽车722.91万辆，同比增长11.94%。其中，乘用车销售510.32万辆，同比增长11.36%；商用车销售212.60万辆，同比增长13.35%，这一增幅与2007年一样，继续超过乘用车。商用车中的卡车销售186.39万辆，同比增长14.90%，而其中的重卡销售增长率依然高达27.22%，是商用车各大细分车型中最高的。显然，车桥行业是随着商用车行业的发展而不断提升的，近几年商用车市场，特别是重卡市场的良好形势推动了与其配套的车桥行业快速增长。
据粗略统计，2007年我国商用车车桥的市场销量已超过550万根，销售金额超过800亿元人民币。从产品分类来看，商用车车桥主要分为前桥和后桥。其中前桥包含简单前桥和带有驱动功能的转向桥；而后桥则可分为普通后驱动桥、支撑桥和一些重型车上应用的双后桥驱动的贯通桥（中桥）与后驱动桥。
在商用车车桥行业，前桥业务仅占整个车桥行业全部销售额的30％左右。前桥中简单前桥占绝对主导地位，而具有驱动功能的前桥应用非常小，仅在需要特殊工况下工作的军用卡车，及在石油、工矿、林业、野外作业等特殊领域的车辆中使用。对于后桥，普通后驱动桥占绝对主导地位，而支撑桥与贯通桥的份额不到10％，若按结构进一步细分，后驱动桥，又可分为单级减速驱动桥和双级减速驱动桥。由一对减速齿轮实现减速的驱动桥，称为单级减速驱动桥，其结构简单，重量轻，一般在轻、中型载货车上应用广泛。而对一些承载较大的重型卡车，要求较大的减速比，如用单级主减速器传动，则从动齿轮的直径就必须增大，会影响驱动桥的离地间隙，所以采用两次减速，这种两次减速驱动桥通常称为双级减速驱动桥。双级减速驱动桥的减速器有两组减速齿轮，实现两次减速增扭。目前国内中、重型卡车市场中，单级减速驱动桥和双级减速驱动桥比例大致是4：6；而对于国内整个商用车行业，这一比例大约是6：4。此外，单级减速驱动桥和双级减速驱动桥的经营销售额占整个商用车车桥行业的百分比大约为40％和30％。
从商用车车桥行业企业竞争格局来看，若按车桥的承重来分，国内近百家车桥生产企业可分为中重型和轻型两大类。
中重型车桥市场的企业竞争非常激烈目前，国内中、重型车桥生产企业主要集中在东风德纳车桥有限公司、一汽解放汽车有限公司车桥分公司、中国重汽济南桥箱有限公司、陕西汉德车桥有限公司、安徽安凯福田曙光车桥有限公司、一汽山东汽车改装厂及青特众力车桥有限公司等七家主要的生产企业，其2007年中重型车桥产量均超过了12万根，它们在中重型车领域的市场份额之和高达
90％以上，市场集中度很高。造成这种态势的主要原因一是国内中重卡企业普遍偏爱采用自己建厂或控股的车桥企业产品进行配套，二是由于中重型桥比轻型桥的利润率要高得多。也正是这两个原因，本文下面比较分析的重点也主要针对此七家企业。
轻型车桥市场的企业竞争程度较低由于轻型桥的附加值和技术壁垒相对较低，再加上轻型整车厂家车桥采购体系相对开放，故目前的轻型车桥市场竞争激烈程度和市场集中度均不高。目前国内轻型车桥生产企业多达80余家，其中比较知名的有三环车桥公司、曙光车桥公司、湖南车桥厂、博盈车桥公司、江淮汽车底盘公司等，但它们的市场份额普遍不高。不过轻型桥市场的这种竞争状况有利于轻型桥行业的技术进步和新进入企业的快速发展。
二、商用车车桥行业
目前面临的主要挑战
（1）外资公司的威胁
近年来，随着普利适优迪车桥有限公司、美国车桥国际控股有限公司（AAM）等在中国的纷纷落户，在我国车桥行业内，外资公司由合资到独资的逐渐渗入也在加快进程。曾经有业界专业人士称，在汽车底盘平台中，依靠国内现有技术，车桥总成最有可能达到国际先进水平。但是，如今国内上百家商用车车桥企业中，具有一定实力、水平及规模的只有十多家，如上面提到的七家中重型车桥制造公司，而大多数车桥企业的自主开发能力非常低下，产品竞争力不高。
（2）研发投入不够
国内的车桥企业对研发的投入普遍较少，其主要原因有以下三点：第一，由于对知识产权的保护力度不够，使得车桥行业内抄袭成风。每一个成功推向市场
的优秀产品都会成为竞争对手拷贝的对象，例如东风的462和解放的457等均被反复抄袭。因此，车桥行业的研发投入成为了博奕论中“大猪小猪理论”的典型案例，谁也不愿意在研发上给予大的投入。第二，封闭的集团内车桥市场使得企业缺乏研发投入的动力。只有市场竞争才是推动企业前进的唯一因素，而商用车整车企业对于车桥资源的封闭自守，使得车桥企业缺乏忧患意识、目光短浅，因此不愿意在研发上给予投入。第三，大多数车桥企业缺乏技术积淀和研发人才的储备，没有能力投入研发，只能靠引进或抄袭的手段扩充产品线或改进产品。
由于研发投入远远不够，使得国内车桥企业即使在目前普遍采用引进技术路线或合资路线的情况下，产品研发和设计能力仍是相当低下。比如开发一款新车桥，多数企业是依赖于传统计算方式或别人的经验而没有自己的设计能力。试验手段和试验数据积累的缺乏也是国内企业研发能力上不去的原因之一。
（3）生产的工艺水平及制造质量普遍不高
目前国内车桥企业普遍存在这样一种观念：产品出来后，不出大毛病就行。但在国外，哪怕是一个很小的螺钉问题都会认真调查、分析。实际上，国内企业在生产硬件设备方面并不比国外差，其中多数都采用高档进口设备和自动化生产线，有的甚至比国外企业还要先进。但由于工艺水平及制造质量不高，尤其是细节重视不够，从而造成产品水平与国外企业差距很大。这种差距主要表现为以下几个特点：1）加工设备多为标准机，工艺流程长，制造控制能力及生产力低；2）检测及分析技术落后；3）出现“漏油、漏气”的现象较多；4）齿轮噪音高、早期失效普遍；5）制动器质量缺陷较多；等等。
车桥最关键的部分是减速器，而减速最主要的组成部分就是减速锥齿轮和起差速作用的行星齿轮。因此齿轮的加工技术和热处理能力从很大程度上决定了车桥的稳定性和可靠性，同时齿轮的材料和加工精度决定着车桥的承载能力和使用寿命。据了解国外先进的车桥能够保修100万甚至150万公里，而国内一些卡车车桥跑到80万公里就基本报废了。车桥齿轮要求高强度和高精度，这就需要合理的选材、高精度淬火技术、从动齿轮压力淬火技术等。而我国车桥行业现行的工艺制造技术还远达不到。
三、国内重型车桥产
品现状及发展的趋势
如前所述，由于重型卡车是近年我国商用车市场的竞争焦点和热点，且其附加值和利润率又最高，故下面重点介绍和分析一下重型车桥（因前桥的变化不大，这里主要介绍后驱动桥）的产品现状和发展趋势。
我们根据市场调研总结的国内重型车桥主要产品型谱及其对比评价，可以简明地了目前中国重型车桥产品的现状。
（1）结构趋势：单级减速
随着我国公路条件的改善和物流行业对车辆性能要求的变化，重型卡车驱动桥技术已呈现出向单级化发展的趋势。有关专家预测，未来我国的重型车桥产品中75％的驱动桥将是单级减速驱动桥。
目前，由于双级减速桥是二级减速，主减速器减速速比小，其总成相对较小，桥包相对减小，因此离地间隙加大，通过性好。故目前在中重型卡车中，双级减速桥的应用比例还在60%左右。
但是，单级驱动桥结构简单，机械传动效率高，易损件少，可靠性高。而且，由于单级桥传动链减少，摩擦阻力小，比双级桥省油，噪声也小。过去，单级桥因为桥包尺寸大，离地间隙小，导致通过性较差，应用范围相对较小，但是现在公路状况已经得到了显著改善，重型卡车使用条件对通过性的要求降低。正是在这种情况下，单级桥的劣势得以忽略，而其优势不断突出，所以在公路运输中的应用范围肯定将越来越广。
我国现有的斯太尔驱动桥属于典型的欧洲重型卡车产品的双级桥结构，这决定了其存在诸多缺点：传动效率相对较低，油耗高；长途运输容易导致汽车轮毂发热，散热效果差，为了防止过热发生爆胎，不得不增加喷淋装置；结构相对复杂，导致产品价格高等。随着公路网络的不断完善，特别是高速公路的迅猛发展，上述缺点在公路运输重型卡车中日显突出。
据行业数据统计，欧美重型卡车采用该结构的车桥产品呈快速下降趋势，日本采用该结构的产品更少。因此，我国重型卡车应用双级桥的比例不断下降也是必然的。
笔者预计，未来两、三年内，重型卡车所需桥总成将会形成以下产品格局：公路运输以10 t及以上单级减速驱动桥、承载轴为主；工程、港口等用车以10 t级以上双级减速驱动桥为主。公路运输车辆向大吨位、多轴化、大功率方向发展，使得驱动桥总成也向传动效率高的单级减速方向发展，并会相应带动非驱动桥，如转向前轴和承载轴的增长，而以斯太尔产品为主的双级减速驱动桥将会继续巩固其在工程车辆市场中的地位。
（2）技术趋势：轻量化、低噪声
今天，由于重型卡车的技术趋势是向节能、环保、安全、舒适等方面发展，故要求重型车桥要轻量化、低噪声、高效率、大扭矩、宽速比、寿命长和低生产成本。
轻量化：随着车桥设计及制造技术发展，以及材料、淬火、热处理等相关技术的进步，车桥将在自重减轻、材料应用减少的情况下具备更佳的性能。
低噪声：造成国内车桥噪声较高的主要因素在于齿轮精度不够，所以，车桥齿轮要向高强度、高精度方向发展。
齿轮的高强度化制造技术关键在于，高强度齿轮钢的开发和齿轮强化技术的应用；齿轮的高精度制造技术包括合理选材、高精度淬火技术和从动齿轮压力淬火技术等；
高效率：制造高机械效率的车桥将成为今后的长期发展趋势，如德纳公司的双速车桥，可提供两种速比，满载时采用大速比可加大转矩，空载时采用小速比可省油……
总之，重型车桥总成的整体性能正在向更舒适、更安全方向发展。比如ABS 防抱死装置、集中润滑和中央充放气系统、空气悬挂、自动间隙调整臂以及膜片式制动气室等都开始应用在车桥总成上。■
中国重型车桥技术纵览
文章来源：卡车周刊添加人：56885 添加时间：2008-12-29 2:37:00
国内商用车零部件市场，竞争最激烈的要数车桥行业了。激烈程度大致可以由“两多”来概括：厂家多，产品多。在生产三大件的零部件企业里面，全国的车桥厂家远远多于发动机厂家和变速箱厂家。国有的、合资的、民营的，数量众多。
垂直配套与独立供货
过去“大而全”时代建设的汽车厂，每个整车集团都有自己的车桥厂：东风德纳车桥、一汽车桥、汉德车桥、重汽桥箱厂、北奔车桥厂等就是那个时代的强者。这属于垂直配套的一批厂家，它们所生产的产品原则上为集团内的整车配套。这些厂家起点高，产品系列有针对性，单一产品的产量大；而且有集团内整车厂的配合，基础开发能力较强。
相反，方盛车桥公司等属于后起之秀，它们独立于整车集团存在，不妨称之为独立供货商。另外，一汽山汽改虽有一汽股份，但山汽改也是有较强的独立性。这些企业面对的是全行业广阔的市场和众多的客户，配套广泛。需要不断去了解各种卡客车企业的需求，开发出适应性产品。因此这些企业的市场适应性开发能力不错。
有竞争，才有技术和产品等各方面的不断进步。经过市场大浪淘沙般的洗礼，相信研发实力强、产品质量优异的几家大厂能够引领车桥行业发展的潮流。
放眼今天的车桥市场，垂直配套企业积极开拓集团外市场，并取得不俗成绩：东风德纳车桥在客车行业应用广泛，汉德轮减车桥成为各大重卡的优秀选配。独立供货的车桥企业为了取得较稳定的市场配套，也跟一些整车厂建立了战略合作关系：方盛车桥和柳州东风的合作，山汽改和一汽的紧密联系等。
技术来源和走向
车桥技术的最显著特点就是“你中有我，我中有你”。目前，热销的车桥产品遍地开花，典型的就是435系列和457系列以及LC300系列。最初的国产中型车桥技术来自日本，最早的重型冲焊车桥技术也是引进日产柴的产品。日产柴公司把车桥技术先后卖给了东风和一汽，然后国内其他厂家开始纷纷仿制。这是国内车桥行业同质化竞争的一个缩影。
要论起目前得到广泛应用的轮减驱动重型桥的技术，首推汉德车桥的斯太尔系列和北奔车桥的奔驰系列。不难发现，它们都是源自欧洲的技术。而东风德纳车桥的新产品系列和美驰车桥则是源自美国的技术。方盛车桥引进韩国减总的车桥在客车市场应用广泛，证明韩国技术也是国产车桥的来源之一。
在使用过程中，我们发现欧美车桥产品设计所留负荷余量大，适合国内道路条件差和超载的现实情况；日韩车桥则在轻量化等方面做的不错，适合卡车标载应用和客车使用。不过，欧美的市场广阔，车桥企业众多，卡车和客车的最先进技术均来自欧美。由此可见，以后参考欧美产品并自主开发适合国情的产品是我国车桥技术的发展方向。
卡客桥分家
早期的卡车桥和客车桥并没有严格的区分，很多客车制造商就是在卡车底盘上打造出客车，因此卡车桥和客车桥几乎是通用的。随着行业的发展和不同用户对所用车型的差异化需求，卡车桥和客车桥各自走向了不同的发展方向，演绎出各种适应性的产品。现在即使是同一款车桥用在卡车和客车上，也一定会存在速比不同等细微的差异。把卡车桥简单的套在客车上使用的时代已经一去不复返了。
卡客车对车桥要求的不同决定了卡车桥和客车桥不同的发展方向。卡车要求承载能力和驱动力大，因此卡车桥向高承载、大吨位、大输出扭矩方向演变；客车要求高速高效和舒适，因此客车桥向低地板、小速比、空气悬架方向进化。
高效化、轻量化、舒适化
卡车桥向重型化发展，由最初的东风10T级冲焊桥开始。由于当初主配的是东风EQ150 (EQ1141G)车型，因此民间称之为153后桥，其他一些厂家也有叫它435桥的。后来轮减桥和460、457等13T级逐渐成为市场热点，再接着是超13T级的485等超重型驱动桥的广泛应用。总的说来车桥发展趋势是驱动结构多元化和重型化。由于计重收费的广泛实施，在低总重的前提下实现高承载和高输出扭矩也的轻量化设计也成为关注的焦点。
客车桥的发展在结构上更加多元化，公交车为降低入口高度大量使用大落差工字梁前桥和门式后桥，旅游客运车为提高舒适度使用独立悬架前桥等。卡车多采用鼓式制动，而客车车桥前盘后鼓的制动方式已经得到越来越多的应用，并且许多标配自动调整臂和ABS防抱死系统。卡车悬挂系统以板簧为主，客车逐渐应用空气悬架或抛物线板簧以提高舒适度。在高级别客车上，主被动齿轮已经大量应用东风德纳车桥等企业的磨齿齿轮，保证高耐磨性的同时实现车桥降噪。
总的说来，不论是卡车桥还是客车桥，将来都是通过借鉴国际先进技术，结合客户和市场的需求向高效、轻量和舒适发展，并在这个前提下实现多元化的产品系列。
铁路 车桥耦合研究方法 文献阅读笔记 铁路是人类发明的首项公共交通工具，在十九世纪初期便在英国出现。直至二十世纪初发明汽车，铁路一向是陆上运输的主力。二次大战以后，汽车技术得到改进，高速公路亦大量建成，加上民航的普及，使铁路运输慢慢走向下坡。特别在美国，政府的投资主要放在公路的建设上，不少城市内的公共交通曾一度被遗弃。 高速铁路（简称高铁），是指通过改造原有线路（直线化、轨距标准化），使最高营运速率达到不小于每小时200公里，或者专门修建新的“高速新线”，使营运速率达到每小时至少250公里的铁路系统。高速铁路除了在列车在营运达到一定速度标准外，车辆、路轨、操作都需要配合提升。 铁路作为国民经济的大动脉、国家重要基础设施和大众化交通工具，在我国经济社会发展中具有十分重要的作用。随着经济的快速发展，特别是改革开放以来，我国各个层面的人员交流与货物运输空前繁荣。 作为我国主要运输方式，铁路的改造变革势在必行。我国的高速铁路就是在这一大背景下发展起来的 现代高速铁路具有载客量高、输送力强、速度较快、正点率高等特点 高速铁路设计中对路线的相关参数要求比一般铁路要严格得多。高速铁路与普通铁路相比，曲线半径较大，坡度较小，且需要在全封闭状态下行车。 党的十六大以来，铁路运输生产力快速发展，改革不断深化，运输效率和效益显著提高。但铁路运输能力紧张问题仍然很突出，严重不适应经济社会发展的需要，铁路网规模的扩张严重滞后于国民经济发展的速度。1978年至2007年，中国GDP由 3645亿元增加到24.95万亿元，增长了67.5倍，年均实际增长9.8%。1978年至2007年，中国工业一直保持快速增长，主要工业产品产量迅速增加，煤炭增长了3.1倍，粗钢增长了14.4倍，石油增长了79.1%，发电量增长了11.8倍，水泥增长了19.9倍，化肥增长了5.7倍。改革开放30年来，铁路虽然也取得了长足进步，但与国民经济持续快速增长相比，发展是滞后的。1978年到2007年，全国铁路营业里程从5.17万公里增长到 7.8万公里，增长50.9%，年均仅增长1.4%。 在我国现有的高速铁路中，桥梁所占比例非常大。其中广珠城际铁路桥梁比例为94%，京津城际铁路桥梁占线路长度的88%，京沪高速铁路桥梁占线路总长的80%，总体来看我国高铁总里程中桥梁占线路总长超过50%。 基本特点 1、高速铁路非常平顺，以保证行车安全和舒适性，高速铁路都是无缝钢轨，而且时速300公里以上的高速铁路采用的是无砟轨道，就是没有石子的整体式道床来保证平顺性。 2、高速铁路的弯道少，弯道半径大，道岔都是可动心高速道岔。 3、大量采用高架桥梁和隧道。来保证平顺性和缩短距离。 4、高速铁路的接触网，就是火车顶上的电线的悬挂方式也与普通铁路不同，来保证高速动车组的接触稳定和耐久性。 5、高速铁路的信号控制系统比普通铁路高级，因为发车密度大，车速快，安全性一定要高。
公路桥梁车桥耦合振动研究 【摘要】近年来，我国路桥工程建设为交通行驶创造了优越的环境，推动了地区之间的经济文化交流，促进了国民经济收入水平的提高。与发达国家相比，国内路桥施工技术相对落后，对动力学理论研究不足误导了后期作业秩序，限制了路桥结构性能的充分发挥。“车桥耦合振动”现象是路桥交通的常见现象，若控制不当则会影响路桥的使用寿命及运行状态。针对这一点，本文分析了影响车桥耦合振动的相关因素，并通过计算机建立自动分析平台，为路桥交通的正常运行提供了帮助。 【关键词】路桥；耦合振动；成因；处理对策 耦合振动是动力学理论中研究的重点，对不同物体在不同状态下的受力情况进行了详细地分析。车桥耦合振动是由于车辆与路桥结构之间产生相互的力作用，两种受力荷载大小相同时易产生车桥耦合振动现象，约束了路桥结构性能的正常发挥，不利于交通行驶的安全运行。工程单位在维护路桥工程阶段，应加强车桥耦合振动的分析，结合具体原因制定有效的控制对策。 一、车桥耦合振动研究的现状 从本质上看，车桥耦合振动是一种相互性的力学作用，力学作用控制不当会限制路桥性能的发挥。车辆过桥时会引起桥梁的振动，桥梁的振动反过来也会影响车辆的振动，即形成车桥耦合振动问题。当前，我国公路交通运输的全面提速，为了有效的对既有桥梁运营状态进行评估，以及对新建、改建桥梁进行优化设计，均需对车辆过桥时的车桥耦合振动问题进行分析[1]。随着公路交通事业的迅速发展，车辆与桥梁结构的动力相互作用越来越受到重视。车辆和桥梁间力学作用形式多样，会呈现出不同的动力特点，如：车辆的动力特性，车型、阻尼、自振频率等；桥梁结构的动力特性，质量与刚度分布、桥跨结构形式、材料阻尼等；桥头引道和桥面的平整状态、伸缩缝装置及桥头沉陷的状况。而计算机仿真模拟是目前最方便、最快捷、最经济的计算分析方法。 二、计算机力学模型研究的优点 从长远角度考虑，选择一种通用性强、应用性广、开发前景广阔的研究模式，分析车桥耦合振动响应具有多方面的意义。由于车桥耦合振动属于力学理论研究的范畴，其在分析时必须要结合力学模型，以保证研究结果的准确性。计算机操作系统在数据处理方面具有明显的优势，通过计算机平台建立力学模型，帮助研究者更加深入地分析耦合振动情况。数据库是计算机中存储信息的主要区域，为了保证车桥振动时力学数据得到准确地计算，应利用数据挖掘功能进一步分析力学模型，以获得与耦合振动相关的力学参数。从实际操作情况看，数据挖掘的优越性表现：一是高效性，由于采用了计算机操作平台，调用数据库资源显得更加便捷，数据挖掘有助于数据操作效率的提升；二是时效性，与传统观数据处理模式相比，数据挖掘采用了自动化处理平台，短时间内可完成数据信息的检查审核工作[2]。数据挖掘具备了这些优势，为其在车桥耦合振动中的运用创造了有利
第1章系统概述 (1) 1.1系统特点 (1) 1.2软件功能 (1) 1.2.1车辆子系统 (2) 1.2.2激励模型 (2) 1.2.3桥梁/轨道子系统 (3) 1.2.4求解方法 (3) 1.2.5后处理 (3) 1.3计算流程 (4) 第2章软件安装与运行方式 (6) 2.1软件安装 (6) 2.2运行方式 (6) 第3章前处理所需文本文件定义 (8) 3.1输入文件概述 (8) 3.2桥梁/轨道子结构：Modal_Substructure_Bridge.dat (9) 3.2.1第一行控制参数 (9) 3.2.2第二行后的节点坐标参数 (10) 3.2.3轨道节点编号 (10) 3.2.4集中阻尼和非线性弹簧单元定义 (10) 3.2.5与仿真计算同步输出桥梁响应的节点个数 (11) 3.2.6桥梁/轨道结构模态信息 (11) 3.2.7后处理考察节点位移和应力/内力定义 (13) 3.3车辆子结构：Modal_Substructure_Vehicletypes.dat (13) 3.3.1第一行控制参数 (13) 3.3.2第二行控制参数 (14) 3.3.3第二行后的节点坐标参数 (14) 3.3.4车轮节点编号 (14) 3.3.5车轮静载、轮轨/路面耦合类型 (16) 3.3.6车轮刚度、阻尼和质量等参数定义 (16) 3.3.7集中阻尼和非线性弹簧单元定义 (16) 3.3.8与仿真计算同步输出车辆响应的节点个数 (17) 3.3.9车辆结构模态信息 (17) 3.3.10其他车辆的定义 (17) 3.4集中阻尼和非线性弹簧：NonlinearSpringParameters.dat (18)
Engineering 2 (2016) xxx–xxx Research Rail Transit—Article 车桥耦合动力分析方法及验证 张楠*，田园，夏禾 School of Civil Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China a r t i c l e i n f o 摘要 Article history: Received 5 May 2016Revised 25 May 2016 Accepted 26 November 2016 Available online 13 December 2016 本文系统研究了车桥耦合动力系统的分析方法。随着铁路技术的发展，车桥耦合动力分析日臻成熟，此类研究对评判桥梁设计方案、确保列车运行的安全性与平稳性具有重要意义。车桥耦合动力研究中考虑轨道不平顺、结构变形、风荷载、撞击荷载、结构损伤、基础冲刷和地震等因素的影响，其研究方法主要包括解析法、数值模拟法以及试验研究法三类。本文的车辆子系统模型以刚体动力学方法建立，桥梁子系统模型以有限元方法建立，竖向与横向轮轨关系分别以轮轨密贴假定和Kalker 线性蠕滑理论定义。车桥耦合动力方程以全过程迭代法求解。算例讨论了CRH380BL 高速列车通过我国标准设计桥梁的动力响应，计算了车速200~400 km·h –1范围内车辆与桥梁子系统的动力响应，并分析了振动发生的机理。 ? 2016 THE AUTHORS. Published by Elsevier LTD on behalf of Chinese Academy of Engineering and Higher Education Press Limited Company. This is an open access article under the CC BY-NC-ND license (https://www.doczj.com/doc/9215363715.html,/licenses/by-nc-nd/4.0/). 关键词 车桥耦合系统轮轨关系 全过程迭代法现场试验验证 1. 概述 1.1. 车桥耦合动力分析的研究背景 随着行车速度的提高、荷载的加大，桥梁结构的动力问题日益突出，列车过桥时由于桥梁振动导致的结构安全性、动力承载力和使用可靠性等正在成为人们广泛关注的重要问题。车桥动力反应的分析结果可直接用于桥梁动力性能评估、动力加固方法的确定和加固效果的评估。因此，对车辆-桥梁动力相互作用进行综合研究，保障桥梁动力性能及行驶车辆的走行性和安全性，是铁路桥梁研究设计的工程需要，具有十分重要的意义。 早在19世纪40年代，国外就开始了铁路桥梁动力响应问题的研究工作。但是，由于车辆荷载作用下的桥梁振动是一个复杂的课题，要得到符合实际的结果，必须 考虑很多因素，包括车体和转向架的质量，阻尼器和弹簧的作用，行车速度，梁跨和墩台的质量、刚度和阻尼，桥上轨道结构的型式，轨道的动力特性，车轮和轨道、轨道和梁之间的动力相互作用关系等。此外，还有车轮的不平顺、轨道的几何不平顺和动力不平顺以及轮对的蛇行运动等很多随机因素，使得体系的力学模型十分复杂。因此，以往的研究不得不采用种种近似方法，往往带有较大的局限性。只是在近几十年，随着计算机的广泛应用和数值方法的发展，利用各种各样的数值解法，才使这个问题的研究有了较大的进展。 车桥耦合振动是一个涉及桥梁工程学、交通工程学、车辆动力学、轨道力学、风工程学、地震工程学、碰撞工程学以及振动控制等多个工程科学领域的复杂的研究体系，如图1所示。 * Corresponding author. E-mail address : nanzhang@https://www.doczj.com/doc/9215363715.html, 2095-8099/? 2016 THE AUTHORS. Published by Elsevier LTD on behalf of Chinese Academy of Engineering and Higher Education Press Limited Company. This is an open access article under the CC BY-NC-ND license (https://www.doczj.com/doc/9215363715.html,/licenses/by-nc-nd/4.0/). 英文原文: Engineering 2016, 2(4):528–536 引用本文: Nan Zhang, Yuan Tian, He Xia. A Train-Bridge Dynamic Interaction Analysis Method and Its Experimental Validation. Engineering , https://www.doczj.com/doc/9215363715.html,/10.1016/J.ENG.2016.04.012 Contents lists available at ScienceDirect j our na l h om epa ge: w w https://www.doczj.com/doc/9215363715.html,/locate/eng Engineering
浅谈ANSYS中车桥耦合的实现方法与应用 作者：黄江广安区交通运输局 摘要：弹簧移动质量的振动问题可通过大型通用结构有限元软件ANSYS进行分析解决，解决方法有三种，分别为：位移耦合法、生死单元法和位移接触法。这三种方法各有优势与适用范围，本文对相关方法的具体情况作出简要介绍，并采用简单算例通过位移接触法进行应用介绍，阐述了车桥耦合振动仿真模拟的一般步骤，有利于读者了解这方面的内容。 关键词：位移耦合生死单元位移接触 1前言 车桥耦合振动问题是桥梁振动理论中的一项难题，随着大型通用有限元软件的开发，车桥振动模型在逐步得到精确化模拟，根据不同的车桥模型应有不同的模拟方法。以下结合大型通用结构有限元软件ANSYS将三种模拟方法及应用作简要介绍。 2方法介绍 位移耦合法 位移耦合法的思路是仅创建一个质量单元模拟移动质量，根据移动速度对移动质量施加不同的水平约束位移，将移动质量与所移动到位置处的节点竖向位移耦合。采用位移耦合法时赢注意以下几点： ①因移动质量与梁上节点耦合，因此移动质量只能从梁上一个节点移动到下一节点，而从一个节点移动到下一节点为一个荷载步。在一个荷载步中若设置多个子步，当KBC=0时会造成还没有移动到下一节点时就耦合自由度，也就是耦合位置不对；当KBC=1时，虽然在第一子步到达下一节点位置，即耦合位置正确，但中间收敛结果所产生的速度和加速度会对计算造成“污染”，因此无论KBC 如何设置，宜将NSUBST设置为1。 ②阻尼问题。ANSYS完全法瞬态动力分析不能设置模态阻尼比，但可用质量阻尼系数α和刚度阻尼系数β等效（Rayleigh阻尼假定），但正是因为Rayleigh 阻尼假定会造成ANSYS计算时产生“虚假”阻尼（α×质量矩阵），而理论推到中没有此项。因此考虑阻尼进行结果对比时可仅考虑刚度阻尼。 ③采用CP命令耦合自由度时，因自由度为线性耦合，不适合大变形情况。如打开大变形，ANSYS计算的梁体位移、速度和加速度正确，但移动质量位移和加速度虽然趋势基本一致，但数值均存在很大误差或数值不正确，且误差随速度增大而增大。 ④理论推导中没有考虑梁体自重引起的变形，在ANSYS中也不应考虑该变形，因梁体存在质量，如施加重力加速度则必然产生自重变形，因此可对移动质
第18卷 第3期 重 庆 交 通 学 院 学 报1999年9月Vol.18 No.3 JOURNAL OF CHONG QINGJ IAOTONG INSTITUTE Sep.1999 文章编号:10012716(1999)0320014207 车桥耦合振动分析的数值方法Ξ 单德山,李 乔 (西南交通大学土木工程学院桥梁及结构工程系,四川成都610031) 摘要:车桥耦合振动问题是铁路和公路桥梁中十分重要的研究课题,而目前所采用的数值算法所需的时间比较长,为了减少计算机时,本文在对高速铁路曲线梁车2桥耦合振动研究中,建立了一种基于激励非线性振动的数值计算方法,并完成了计算程序BSNDS的编制,取得了较好的计算结果.并将其与其他模型进行比较,在保证精度的前提下,较大地节省了计算时间. 关 键 词:结构工程;耦合振动;数值方法 中图分类号:U443234 文献标识码:A 对于车桥耦合振动分析这一类复杂问题,常用的算法有两种:时间序列的逐步积分法和频响函数法.时间序列的逐步积分法是将车辆和桥梁看作一个大的振动系统,建立该系统的运动微分方程并用直接积分法求解,得到各自由度上的位移、速度和加速度的时程[1];频响函数法是基于随机振动的一种方法,该方法首先计算出车桥耦合系统的频响函数,用激励力的功率谱作为输入,求得系统在频域的响应[2].本文所介绍的方法是基于激励非线性振动的一种逐步积分法,在计算中应用了求解非线性振动的Newmark预测2校正法[9],即在每一时段里预测桥梁的位移、速度、加速度和车桥系统的耦合力,此时车桥系统的位移条件是协调的,以此作为迭代的开始进行计算,从而减少了迭代次数,进而减少了计算机时. 车桥耦合振动分析的困难在于寻找一种能处理车桥运动耦合的方法.在接触点处采用常规的运动方程的形式来描述车2桥系统的耦合振动 W+KW=f cp(1) W+C M¨ 式中,桥的特性由M(质量阵)、C(阻尼阵)、K(刚度阵)和W(位移)来描述.位移函数W是在t时刻接触点的位移; W、¨ W分别表示其速度和加速度;点号(?)表示对时间求导;式(1)中f cp表示车桥间的耦合力,它可以看成是由桥上移动的车辆所施加的力.f cp是车辆运动的函数,它还与桥梁的振动和路线的不平顺有关,这种相互关联的运动称为车2桥系统的运动耦合.当t时刻有两个或更多的车辆在桥上时,耦合力f cp还与桥上其它车辆有关.车与车之间的耦合通过桥 Ξ收稿日期:1998211220 基金项目:铁道部科技开发研究项目97G07 作者简介:单德山(1969-),男,四川大竹县人,西南交通大学讲师(博士),从事的研究是结构的空间行为.
车桥耦合振动方法评述 车辆通过桥梁时将引起桥梁结构的振动，而桥梁的振动又反过来影响车辆的振动，这种相互作用，相互影响的问题就是车辆与桥梁之间的车桥耦合振动问题，利用车辆荷载作为激励，研究车桥耦合从而获得桥梁振动响应，逐渐被应用到工程领域中。 标签：车桥耦合；桥梁评估 近年来，随着中国交通运输系统的不断完善，交通高速化、重载化以及结构轻型化趋势日益增强，车辆与结构（道路、桥隧结构等）相互之间的动力耦合问题变得尤为突出。对车辆与结构耦合系统进行科学系统地综合分析研究，对于承受移动荷载作用的交通土建工程结构物的设计、建造、运营养护与检测均具有十分重要的意义。 1、车桥耦合振动研究经典理论及研究 1.1国外方面 1）匀速移动常量力理论：1905年，俄国学者Krylov A N[1]首次研究了在匀速恒定力作用下简支梁的振动问题，由于当时的局限性，他的理论中车桥系统无耦合，相对较为简单。 2）匀速移动简谐力理论：1922年，Timoshenko S[2]研究了一个简谐力匀速通过简支梁的情况，能够反应出车辆荷载的一些基本特点。 3）匀速滚动质量理论：1937年，Schauenkamp[3]开辟思路，考虑到质量惯性力的移动荷载影响，来分析简支梁的动力响应问题，并得出了理论解。 4）匀速移动质量一弹簧模型：1954年，Biggs[4]提出了将车辆分解为一个由质量和弹簧组成的系统，极大地推动了车桥耦合振动研究的进展。 1.2国内方面 1941年，李国豪[5]教授首次研究了悬索桥在铁路列车荷载作用下的强迫振动问题和拱桥的车辆振动问题，此后，国内随即展开了对车桥耦合振动的研究。80年代初，铁道部科学研究院程庆国院士、潘家英研究员[6]指导其博士生们对车桥耦合振动进行了研究。1983年，张健峰[7]探讨了大跨度斜拉桥的横向刚度问题。80年代中期，西南交通大学沈锐利[8]详细研究了刚桁梁桥的车桥空间耦合问题；北方交通大学夏禾、阎贵平[9]等研究了考虑车-桥-墩-基础系统的相互作用、车桥系统动力可靠性等问题，得到了许多有价值的结论。 1996年，谭国辉[10]将车桥看作一个整体，采用格栅比拟的方法，将一维的
公路桥梁车桥耦合主要影响因素仿真 分析方法研究 【作者】陈榕峰； 【导师】宋一凡； 【作者基本信息】长安大学，桥梁与隧道工程，2007，硕士 【摘要】近年来,随着桥梁结构逐渐轻柔化、车辆速度和载重量不断增大,车桥耦合振动问题愈加突出。由于公路桥梁结构型式的多样化和汽车荷载的复杂性及不确定性,使得公路桥梁因车辆过桥而引起的耦合振动分析更加复杂。目前国内、外已有车桥耦合振动研究成果基本上都集中在铁路等轨道交通桥梁上,关于公路桥梁车桥耦合振动分析理论与方法研究的文献很少。研究一种基于既有有限元分析软件的数值分析方法,以实现对包含复杂因素(如桥面不平整度、非线性悬架系统、匀变速等)车桥耦合振动分析,具有重要的理论意义。本文作为交通部交通应用基础研究项目《弯桥结构动力性能评估分析理论与方法研究》的重要组成部分,进行了车辆与桥梁耦合振动模型试验,研究了耦合系统的耦合振动特性；建立了四自由度线性悬架系统和非线性悬架系统车辆与桥梁耦合振动的力学分析模型,把桥梁和车辆视作两个分离体系,分别应用广义虚功原理和有限元法推导了两者的振动方程组,并给出了位移联系方程及车桥相互作用协调方程；运用Wilson-θ法自行编制基于Matlab语言环境的线性悬架系统和非线性悬架系统车辆振动响应分析程序求解车辆振动响应；利用车辆与桥梁的位移和相互作用协调条件,借助既有通... 更多 【关键词】车桥耦合振动；有限元法；不平整度；非线性悬架系统车辆；加速度；动力系数； ?【网络出版投稿人】长安大学【网络出版年期】2012年03期 ?【分类号】U441.3 ?【被引频次】1 ?【下载频次】42 ?攻读期成果 【文献分类导航】 ?中国学术期刊网络出版总库[1] 谢秉敏,向中富,王小松,王少怀. 基于ANSYS的车桥耦合动力分析[J]. 重庆交通大学学报(自然科学版). ?[2] 兰雁. 桥梁动力时程分析中地震波的选用[J]. 山西建筑. 2012(26) ?[3] 李俊桥,吴庆嵩. 地震作用下桥梁高墩动力响应精细有限元分析[J]. 中国水运(下半月). 2012(10) ?[4] 晋智斌,强士中,李小珍. 铁道车辆过桥竖向振动加速度频域近似算法[J]. 桥梁建设. 2012(04) ?[5] 李晶,张楠,张立彬. 高架桥梁振动与结构噪声数值模拟[J]. 环境工程. 2012(S1) ?[6] 王巍,杨宜谦,刘鹏辉,姚京川. MTMD对高速铁路32m预应力混凝土简支箱梁竖向振动特性的影响分析[J]. 环境工程. 2012(S1) ?[7] 孙延国,廖海黎,李明水. 基于风洞试验的大跨度悬索桥涡振性能研究及评价[J]. 实验流体力学. 2012(04) ?[8] 焦常科,李爱群,伍小平. 大跨双层斜拉桥的行波效应[J]. 振动.测试与诊断. 2012(04) ?[9] 刘志军,芮筱亭,展志焕,冯宾宾,王国平. 超长斜拉索张力振动测量的传递矩阵法