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simpack动力学建模、计算手册

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. 建模、计算记录

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。 .

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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。

3.2创建轮对的外形

选择【3D Geometry】，弹出刚体外形设置窗口。 .

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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。 .

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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。 .

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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、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。 .

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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。

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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。 .

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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。

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SIMPACK软件在《轨道车辆动力学》课程教学中的应用

SIMPACK软件在《轨道车辆动力学》课程教学中的应用

科技创新导报2021 NO.05Science and Technology Innovation Herald创新教育

科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald226DOI:10.16660/ki.1674-098X.2012-5640-5926

SIMPACK软件在《轨道车辆动力学》课程

教学中的应用①

陈双喜 (成都大学 机械工程学院 四川成都 610106)

摘 要：在《轨道车辆动力学》课程教学中，应用SIMPACK软件的wheel/Rail模块建立典型的轨道车辆动力学模型，直观地展示钢轨、轮对、电机、转向架、抗蛇行减振器、横向止档、一系/二系悬挂系统等关键部件的安装位置，辅助讲解车辆动力学涉及到的重要问题，如运行安全性、蛇行运动稳定性、平稳性及曲线通过能力等。实践表明，运用SIMPACK软件辅助教学能使学生更加深刻掌握轨道车辆的动力学理论知识及工程应用。关键词：轨道车辆动力学 SIMPACK 建模仿真 课程教学中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2021)02(b)-0226-06

Application of SIMPACK Software in the Teaching of Rail

Vehicle Dynamics

CHEN Shuangxi (School of Mechanical Engineering, Chengdu University, Chengdu, Sichuan Province, 610106 China)Abstract: In the course of Rail Vehicle Dynamics, the wheel / rail module of SIMPACK software is used to establish a typical dynamic model of railway vehicle, which can directly show the installation positions of key components such as rail, wheel set, motor, bogie, anti hunting damper, lateral stop, primary / secondary suspension system, etc., and help explain the important issues related to vehicle dynamics, such as operation safety The results show that the stability of the snake movement, the stability of the snake movement and the ability of curve passing. Practice shows that using SIMPACK software to assist teaching can make students more deeply grasp the theoretical knowledge and engineering application of rail vehicle dynamics.Key Words: Rail vehicle dynamic; SIMPACK; Modeling and simulation;Course teaching

SIMPACK上机指导

SIMPACK上机指导

SIMPACK上机指导

SIMPACK上机指导

1. 软件安装

1. 解压缩⽂件到D:\SIMPACKv8.6⽬录下。

2. 运⾏install.exe，提⽰是否覆盖原⽂件时，选择No。其他选择默认设置

3. ⽤记事本打开D:\SIMPACKv8.6\License\spck_86.dat⽂件，⽤本机器名替换第⼀⾏中的原机器名。本机的机器名可通过“控制⾯板－系统－计算机名－完整的计算机名称”获得。4. 从“开始”菜单通过Startup Configuration －License Server or LM_LICENSE_FILE菜单，修改export LM_LICENSE_FILE这⼀⾏改成如下形式：export LM_LICENSE_FILE="D:\SIMPACKv8.6\License\spck_86.dat"

2. 车辆参数

以曼彻斯特标准（The Manchester Benchmarks）中的车辆1为对象，车辆的具体参数如下。

备注：抗侧滚扭杆与牵引拉杆每个转向架1个。

图1 车辆侧视图

图2 车辆端视图3. ⽤Simpack建⽴客车动⼒学模型

3.1 新建模型

（1）从开始菜单的simpack v8.607进⼊simpack软件，按open model图标，在打开的窗⼝中按new按钮，输⼊模型名称，建⽴⼀个新模型。如下图所⽰：

图3-1 建⽴新模型

（2）按Model Setup图标，进⼊建模环境。

（3）从view-view setup菜单打开视图设置窗⼝，按standard views单选按钮，选择wheel/rail视图。这将使得Z轴朝下。

（4）从globals-gravity菜单，设置重⼒加速度z的数值为9.81。如下图所⽰：

图3-2 设置视图与重⼒3.2 ⽣成轮对及轨道

（1）点击，按reanme按钮，重命名$B_Body1 为$B_wheelset1。然后双击$B_wheelset1，在窗⼝中定义质量、重⼼、惯性矩等参数，并选择center of mass类型。然后按3D geometry按钮，定义⼏何形状，在窗⼝中选择$B_wheelset1_cuboid，按modify按钮，选择type为Cylinder，其参数修改为diameter＝0.18m，length＝2m。如下图所⽰：

基于SIMPACK的城际动车组建模与仿真

基于SIMPACK的城际动车组建模与仿真

基于SIMPACK的城际动车组建模与仿真

城际动车组是一种高速列车，能够满足城镇和城市之间的快速出行需求。为了研究城际动车组的性能，需要进行建模和仿真。本文介绍了一种基于SIMPACK的城际动车组建模与仿真方法。

SIMPACK是一种基于多体动力学原理的仿真软件，可以用于建模和仿真各种运动系统。在城际动车组建模中，SIMPACK可以被用来模拟车辆的运动、激励和载荷。这些信息可以用于评估城际动车组的性能和可靠性。

在建模城际动车组的过程中，需要考虑许多因素，如车辆的结构、材料、驱动系统、悬挂系统和制动系统等。SIMPACK可以将这些因素结合在一起，以产生一个完整的城际动车组模型。

在模型中，车辆的悬挂系统和制动系统是非常重要的。悬挂系统可以模拟车辆在路面上的动态响应，以确保舒适性和安全性。制动系统可以模拟车辆在紧急制动情况下的性能，以确保车辆的可靠性和安全性。

在模型完成后，可以进行仿真以评估城际动车组的性能。仿真可以模拟城际动车组在各种不同的情况下的性能，如加速、制动、转向和振动等。同时，可以评估车辆的舒适度、安全性和可靠性，以确定车辆是否满足设计要求。

通过SIMPACK进行城际动车组建模和仿真可以提供许多优点。首先，该方法可以模拟车辆的各种动态响应和载荷情况，以评估车辆的性能和可靠性。其次，可以快速进行仿真来评估车辆的性能，而无需进行实际测试。最后，可以使用该方法从设计阶段开始对车辆进行评估和优化，以确保其性能和可靠性。

总而言之，基于SIMPACK的城际动车组建模与仿真方法可以用于评估城际动车组的性能和可靠性。这个方法可以被应用于城际动车组的设计和开发，以确保车辆满足设计要求。

simpack输入函数

simpack输入函数

simpack输入函数

simpack输入函数是指在使用simpack软件进行仿真分析时所使用的输入参数。simpack是一种多体动力学仿真软件，它可以模拟和分析各种机械系统的运动行为。在进行仿真分析之前，需要通过输入函数来定义系统的初始状态、约束条件、外部力和运动参数等。

simpack的输入函数主要包括以下几个方面的参数：初始状态参数、约束条件参数、外部力参数和运动参数。

初始状态参数是指系统在仿真开始时的初始状态，包括物体的位置、速度和角度等。通过设定初始状态参数，可以使仿真模型处于特定的起始状态，从而更好地模拟实际系统的运动行为。

约束条件参数是指系统中各个物体之间的约束关系，包括物体之间的连接关系、运动自由度的限制等。通过设定约束条件参数，可以使物体之间保持特定的相对位置和运动关系，从而更真实地模拟实际系统的约束条件。

外部力参数是指系统受到的外部作用力，包括重力、弹簧力、摩擦力等。通过设定外部力参数，可以模拟实际系统受到的各种外部力的作用，从而更准确地分析系统的运动行为。

运动参数是指系统的运动规律和运动方式，包括物体的运动轨迹、运动速度和加速度等。通过设定运动参数，可以使仿真模型按照特定的规律和方式进行运动，从而更好地模拟实际系统的运动行为。

在使用simpack进行仿真分析时，需要根据具体的仿真对象和仿真目的来设定相应的输入函数。根据实际系统的特点和要求，设定合理的初始状态参数、约束条件参数、外部力参数和运动参数，可以更准确地模拟和分析系统的运动行为。

simpack输入函数是simpack软件中的一个重要组成部分，它可以帮助用户对各种机械系统进行仿真分析。通过设定合理的输入函数，可以更准确地模拟和分析系统的运动行为，为实际系统的设计和优化提供重要的参考依据。使用simpack进行仿真分析时，合理设置输入函数是非常重要的，它直接影响着仿真结果的准确性和可靠性。因此，在使用simpack进行仿真分析时，我们应该根据具体的仿真对象和仿真目的，合理设定输入函数，以获得满意的仿真结果。