南京浦镇A型地铁车辆simpack动力学计算建模手册

南京浦镇A型地铁车辆动力学计算SIMPACK建模记录1创建文件主窗口>>File>>Open File，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>>Model Setup，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>>Globals>>Gravity，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>>View>>View Setup，弹出视图设置窗口。

选择【Standard Views】中的【wheel/Rail: Perspective view】，OK。

3创建第1个轮对3.1创建轮对刚体建模窗口>>Element>>Bodies，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726 kg.m.m。

选择【3D Geometry】，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>>Elements>>Joints，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/Update Wheel-Rail Elements of Joint】，出现轮轨接触窗口。

选择OK，回到运动副设置窗口。

点击【Assemble System】，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>>Globals>>Track，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Straight Track，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>>Globals>>Vehicle Globals，出现车辆总体参数设置窗口。

设置轮对类型【Wheelsets of Type】：Wheelset1设置车辆速度【v_vehicle】：10m/s；设置轨道参数模式【Rail gauge given by】：Track Gauge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：【single contact】，【constraint contact】，【Table eveluation】。

选择【Apply as Defaults】，Close，完成设置。

6.2保存设置建模窗口>>File>>Save，建模窗口>>File>>Reload，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【Check Profile/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【Contact Force 】，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>>Element>>Bodies，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726 kg.m.m。

7.2创建轮对的运动副和轮轨接触>>Elements>>Joints，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/Update Wheel-Rail Elements of Joint】，出现轮轨接触窗口。

选择【Wheelset Type】与第1个轮对相同：WheelsetType_1，OK。

回到运动副设置窗口，点击【Assemble System】，OK。

7.3保存设置建模窗口>>File>>Save，建模窗口>>File>>Reload，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>>Element>>Bodies，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【3D Geometry】，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：Wheel Rail Bogie。

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。

【Identify to】：travf，设置参数如上图，OK。

8.3创建轮对的运动副>>Elements>>Joint，双击$J_Frame，出现运动副设置窗口。

【Joint type】选择07:General Wheel/Rail Joint。

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/Update Wheel-Rail Elements of Joint】。

8.4保存设置建模窗口>>File>>Save，建模窗口>>File>>Reload。

模型文件名：Ametro_05。

9创建一系悬挂9.1创建轮对的Marks点>>Elements>>Bodies，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>>Elements>>Forces，新建一个力元件PS_FL1，出现了力元件设置窗口。

【Force Type】选择05:Spirng Damper parallel Cmp，设置一系弹簧参数，如上图。

小技巧：选择【From Marker i】和【To Marker j】的顺序时，应尽量使得预平衡载荷【Nonimal Force】为负值。