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。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。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。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【From Marker i】和【To Marker j】的顺序颠倒，就能解决问题。 选择【3D Graph】 ，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&&File&&Save，建模窗口&&File&&Reload。 模型文件名：Ametro_06。10 模型检查 10.1 加速度检查建模窗口&&Globals&&Vehicle Globals，出现车辆参数设置窗口。 速度设为 1m/s， 【Apply as Defaule】 。 建模窗口&&File&&Save。 主窗口&&Calculation&&Test Call&&Performance。 检查各运动副的加速度。 主窗口&&PostProcess&&States Plots。 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&&Calculation&&Nonimal Forces，出现载荷预平衡窗口。点击【Initialise with All】 ，需要计算的 Force Element 出现。 点击【Perform Calculation】 ，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【From Marker i】和【To Marker j】 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&&Calculation&&Time Integration，出现时域积分窗口。选择【Go】 。如果转向架图形开始运动，说明模型正常。否则，自动退出该窗口。 模型文件名：Ametro_06。 11 创建另一个转向架 11.1 创建第 3 个轮对 &&Element&&Bodies，新建一个刚体，命名为 Wheelset3。 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。 &&Elements&&Joints，双击$J_Wheelset3，选择 07 号运动副，设置初始状态，S=15.7m （车辆定距） 。 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。 &&File&&Save，然后&&File&&Reload。 模型文件名：Ametro_07。 11.2 创建第 4 个轮对 &&Element&&Bodies，新建一个刚体，命名为 Wheelset4。 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。 &&Elements&&Joints ， 双 击 $J_Wheelset3 ， 选 择 07 号 运 动 副 ， 设 置 初 始 状 态 ，S=2.5+15.7=18.2m（车辆定距） 。 选择【Generate/Update Wheel-Rail Elements of Joint】 ，出现轮轨接触窗口, 选择 OK，回 到运动副设置窗口。 点击【Assemble System】 ，OK，完成车轮及轮轨接触运动副设置。 &&File&&Save，然后&&File&&Reload。 模型文件名：Ametro_08。 11.3 创建第 2 个构架 &&Element&&Bodies， 新建一个刚体，命名为 frame2。 设置构架的参数：动车构架的质量为 3970kg，摇头转动惯量为 4716kg.m.m（Izz） ，侧 滚转动惯量为 2058kg.m.m（Ixx） ，点头转动惯量为 2936kg.m.m（Iyy） ，构架的质心为（0， 0，-0.5） 。 &&Elements&&Joint，双击$J_Frame2， 【Joint type】选择 07:General Wheel/Rail Joint。 设置初始状态，S=1.25+15.7=16.95m（转向架质心纵向坐标） 。 模型文件名：Ametro_09。 11.4 创建一系悬挂 创建第 3 个轮对上的 Marks 点，wheelset3_PS_L（0，-1，0）和 wheelset3_PS_R（0，1， 0） 。 创建第 4 个轮对上的 Marks 点，wheelset4_PS_L（0，-1，0）和 wheelset4_PS_R（0，1， 0） 。 创建第 2 个构架上的 Marks 点， Frame2_PS_FL （-1.25， -1， -0.42） ， Frame2_PS_FR （-1.25， 1，-0.42） ，Frame2_PS_BL（1.25，-1，-0.42） ，Frame2_PS_BR（1.25，1，-0.42） &&Element&&Forces， 创建力元件 PS_FL、 PS_FR、 PS_BL、 PS_BR， 类型 05:Spirng Damper parallel Cmp，设置弹簧参数，同第 1 个转向架。 模型文件名：Ametro_10。12 创建车体 12.1 创建刚体 &&Element&&Bodies，新建一个刚体，命名为 Carbody。 设置车体的参数：质量为 23825kg，摇头转动惯量为 506504kg.m.m（Izz） ，点头转动惯 量为 528628kg.m.m （Iyy） ， 侧滚转动惯量为 33832kg.m.m （Ixx） ， 车体的质心为 （ 0， 0， -1.8） 。 设置车体的图形，如下图所示。12.2 创建运动副 &&Elements&&Joints ， 双 击 $J_Carbody ， 选 择 07 号 运 动 副 ， 设 置 初 始 状 态 ， S=7.85+1.25=9.1m（车辆定距） 。 12.3 保持文件 &&File&&Save，然后&&File&&Reload。 模型文件名：Ametro_11。 13 创建二系悬挂垂向弹簧 13.1 第 1 个转向架13.1.1 创建 Mark 点 构架上的 Mark 点，Frame1_SS_L（0，-0.94，-0.75） ，Frame1_SS_R（0，0.94，-0.75） 。 车体上的 Mark 点，Carbody_SS_BL（-7.85，-0.94，-0.75） ，Carbody_SS_BR（-7.85， 0.94， -0.75） 。 13.1.2 创建垂向弹簧 &&Elements&&Forces，创建力元件 SS_BL。 【Force Type】选择 05:Spirng Damper parallel Cmp，设置弹簧参数，如下图。设置力元件外形，OK。 同理，创建力元件 SS_BR。 13.2 第 2 个转向架 13.2.1 创建 Mark 点 构架上的 Mark 点，Frame2_SS_L（0，-0.94，-0.75） ，Frame2_SS_R（0，0.94，-0.75） 。 车体上的 Mark 点，Carbody_SS_FL（7.85，-0.94，-0.75） ，Carbody_SS_FR（7.85，0.94， -0.75） 。 13.2.2 创建垂向弹簧 &&Elements&&Forces，创建力元件 SS_FL，SS_FR，参数同前。13.4 保存设置 建模窗口&&File&&Save，建模窗口&&File&&Reload。 13.4 载荷预平衡 关闭建模窗口。 主窗口&&Calculation&&Nonimal Forces，出现载荷预平衡窗口。 点击【Reset Nonimal and Constraint Forces】 ，去除原来的载荷预平衡。 点击【Initialise with All】 ，点击【Perform Calculation】 ，计算结果窗口出现。检查各力 元件上载荷的对称性，如果各相同位置力元件的载荷基本相等，点击【Save】 ，出现计算结 果保持窗口，点击 OK。 小技巧：如果力元件的横向和纵向预平衡载荷存在很小的载荷时，使用建模窗口 中&&Calculation&&Time Integration 进行模型检查时可能无法运行。 出现这种情况时处理如 下： （1） 在建模窗口内打开 Vehicle Global 窗口，进入【Contact Force】设置窗口， 将 【Allow Wheel Left】 设置为 “Set Tx=Ty=0 when N&0 and continue” ， OK， 回到 Vehicle Global 窗口，点击【Apply as Defaults】 ，Close，退出 Vehicle Global 窗口。保持文件，Reload。 （2） 使用建模窗口中&&Calculation&&Time Integration 进行模型检查。 （3） 打开 Vehicle Global 窗口， 进入 【Contact Force】 设置窗口， 将 【Allow Wheel Left】改回原来的设置“Abort Simulation when N&0” ，OK，回到 Vehicle Global 窗口，点击【Apply as Defaults】 ，Close，退出 Vehicle Global 窗口。 保持文件，Reload。 （4） 使用建模窗口中&&Calculation&&Time Integration 再次进行模型检查。 模型文件名：Ametro_12。 14 二系垂向减振器 14.1 第 1 个转向架 14.1.1 创建 Mark 点 构架上的 Mark 点，Frame1_SDZ_L（-0.41，-1.235，-0.4） ，Frame1_SS_R（0.41，1.235， -0.4） 。 车体上的 Mark 点，Carbody_SDZ_BL（-7.85-0.41，-1.235，-0.9） ，Carbody_SDZ_BR （-7.85+0.41，1.235，-0.9） 。 14.1.2 创建垂向减振器 &&Elements&&Forces，创建力元件 SDZ_BL。 【Force Type】选择 02: Damper Ptp，设置阻尼参数，如下图。设置力元件外形，OK。 同理，创建力元件 SDZ_BR。 14.2 第 2 个转向架 14.2.1 创建 Mark 点 构架上的 Mark 点，Frame2_SDZ_L（-0.41，-1.235，-0.4） ，Frame2_SS_R（0.41，1.235， -0.4） 。 车体上的 Mark 点， Carbody_SDZ_FL （-7.85-0.41+15.7， -1.235， -0.9） ， Carbody_SDZ_FR （-7.85+0.41+15.7，1.235，-0.9） 。 14.2.2 创建垂向减振器 &&Elements&&Forces，创建力元件 SDZ_FL，SDZ_FR，参数同前。 模型文件名：Ametro_13。 15 横向减振器 15.1 第 1 个转向架 15.1.1 创建 Mark 点 构架上的 Mark 点，Frame1_SDY（-0.21，-0.3，-0.7） 。 车体上的 Mark 点，Carbody_SDY_B（-7.85-0.21，0.3，-0.7） 。 15.1.2 创建横向减振器 &&Elements&&Forces，创建力元件 SDY_B。 【Force Type】选择 02: Damper Ptp，设置阻尼参数，如下图。设置力元件外形，OK。 15.2 第 2 个转向架 15.2.1 创建 Mark 点 构架上的 Mark 点，Frame2_SDY（0.21，0.3，-0.7） 。 车体上的 Mark 点，Carbody_SDY_F（7.85+0.21，-0.3，-0.7） 。 备注：每转向架只有一个横向传感器，车体上的横向减振器靠外侧布置。 15.1.2 创建横向减振器 &&Elements&&Forces，创建力元件 SDY_F，参数同上。 模型文件名：Ametro_14。 16 纵向牵引弹簧 16.1 第 1 个转向架 16.1.1 创建 Mark 点 构架上的 Mark 点，Frame1_TR（0，0，-0.42） 。 车体上的 Mark 点，Carbody_TR_B（-7.85，0，-0.42） 。 16.1.2 创建牵引弹簧 &&Elements&&Forces，创建力元件 TR_B。 【Force Type】选择 05: Spring Cmp，设置弹簧参数，如下图。设置力元件外形，OK。 16.2 第 2 个转向架 16.2.1 创建 Mark 点 构架上的 Mark 点，Frame2_TR（0，0，-0.42） 。 车体上的 Mark 点，Carbody_TR_F（7.85，0，-0.42） 。 16.2.2 创建牵引弹簧 &&Elements&&Forces，创建力元件 TR_F。弹簧参数同上。 模型文件名：Ametro_15。 17 扭杆弹簧 17.1 第 1 个转向架 17.1.1 创建 Mark 点 构架上的 Mark 点，Frame1_ARB（0，0，-0.5） 。 车体上的 Mark 点，Carbody_ARB_B（-7.85，0，-0.5） 。 17.1.2 创建扭杆弹簧 &&Elements&&Forces，创建力元件 ARB_B。 【Force Type】选择 13:Spr-Damp rot Meas.-Inp Cmp，设置弹簧参数，如下图。设置力元件外形，OK。 17.2 第 2 个转向架 17.2.1 创建 Mark 点 构架上的 Mark 点，Frame2_ARB（0，0，-0.5） 。 车体上的 Mark 点，Carbody_ARB_F（7.85，0，-0.5） 。 17.2.2 创建扭杆弹簧 &&Elements&&Forces，创建力元件 TR_F。弹簧参数同上。 模型文件名：Ametro_16。 18 横向止档 18.1 第 1 个转向架 18.1.1 创建 Mark 点 构架上的 Mark 点，Frame1_BS（0，0，-0.8） 。 车体上的 Mark 点，Carbody_BS_B（-7.85，0，-0.8） 。 18.1.2 创建横向止档力特性函数 &&Elements&&Input Functions，新建一个力特性函数 BumpStop。 【x-unit】选择 m， 【y-unit】选择 N，按下图输入数据。 选择插值方式， 【Plot】画图。
18.1.3 创建横向止档 &&Elements&&Forces，创建力元件 BS_B。 【Force Type】选择 05:，设置弹簧参数，如下图。设置力元件外形，OK。 18.2 第 2 个转向架 18.2.1 创建 Mark 点 构架上的 Mark 点，Frame2_BS（0，0，-0.8） 。 车体上的 Mark 点，Carbody_BS_F（-7.85，0，-0.8） 。 18.2.2 创建横向止档 &&Elements&&Forces，创建力元件 BS_F，弹簧参数设置同上。 模型文件名：Ametro_17。 19 模型检查 19.1 载荷预平衡 关闭建模窗口。 主窗口&&Calculation&&Nonimal Forces，出现载荷预平衡窗口。 点击【Reset Nonimal and Constraint Forces】 ，去除原来的载荷预平衡。 点击【Initialise with All】 ，点击【Perform Calculation】 ，计算结果窗口出现。检查各力元件上载荷的对称性。如果各相同位置力元件的载荷基本相等，点击【Save】 ，出现计算结 果保持窗口，点击 OK。 19.2 计算检查 进入建模窗口。 建模窗口&&Calculation&&Time Integration，出现时域积分窗口，选择【Go】 。如果转向 架图形开始运动，说明模型正常。否则，自动退出该窗口。 19.3 保持文件 建模窗口&&File&&Save，&&File&&Reload。 20 振型分析 20.1 模型线性化 20.1.1 轮轨接触线性化 建模窗口&&Globals&&Vehicle Globals，出现车辆总体参数设置窗口。 【Wheel/Rail Profile Geometry】选择“Linearsed” ，点击【Define】 。选择【Harmonic Linearisation】 ，然后点击【Linearise】 ，回到上级窗口。 20.1.2 状态参数线性化 建模窗口&&Globals&&Linearisation States，出现状态参数线性化窗口。选择【Copy All Joint States to Linearization State】 ，点击【OK】 。 20.1.3 保持文件 建模窗口&&File&&Save，&&File&&Reload，文件 Ametro_18。20.2 特征根计算 主窗口&&Calculation&&Eigenvaluse，出现特征根计算窗口。 点击【Perform】 ，计算结果如下图。特征根计算窗口&&File&&Save。 20.3 振型显示 建模窗口&&Animation&&Mode shapes，出现 Animation Control Panal。 选择振型后播放，动画速度和播放模式可调整。20.3 车辆的振型 车辆的振型如下表所示。 序次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 振型 车体下心滚摆 车体浮沉 车体摇头 车体上心滚摆 车体点头 前后构架同相浮沉 前后构架反相浮沉 前后构架反相点头 前后构架同相点头 前后构架反相侧滚 前后构架同相侧滚 前后构架反相横移 前后构架同相横移 前后构架同相摇头 前后构架反相摇头 频率（HZ） 0.0 1.3 2.3 5.7 8.8 9.4 13.5 20.8584 阻尼比（%） 14.83 14.90 46.90 22.43 26.93 30.46 28.36 28.36 22.44 41.95 42.95 7.42 7.46 0.81 0.8120 车轮踏面 任一形状的车轮踏面需要经过两个步骤才能被程序应用。 1：将车轮踏面的数据文件载入，该步骤是在“Profile Approximation”窗口下完成的。 2：生成轮轨接触数据表，该步骤是在建模窗口下的“Vehicle Globals” 窗口下完成的。 20.1 车轮踏面的数据文件载入 20.1.1 数据文件格式 SIMPACK 使用右轮、右轨作为默认的数据输入，数据的坐标系见下图。数据文件采用 ASCII 文件格式。 车轮踏面数据文件的第 1、2 行是说明踏面字符，第 3 行是有效数据列数值，以下各行 是车轮踏面的坐标值，其中第 1 列为 Y 坐标，必须从小到大排列，方向从左到右；第 2 列 为 Z 坐标，向上为正（指向轮心） 。轨头外形数据文件的数据文件结构与车轮踏面的相同，其 Y 坐标必须从小到大排列， 方向从左到右，Z 坐标向上为正（指向轨头外） 。 坐标数值的单位为 mm。 数据文件需要保持在以下指定目录： C:/SIMPACKv8.8/ren（用户名）/SIMPACK.8800/dat/wheel_rail_profs_measured/20.1.2 踏面数据载入 主窗口&&PreProcess&&Wheel/Rail Profile Approximation，进入 Profile Approximation 窗 口，如下图。【Profile Type】选择 Wheel Profile。 【Z-axis of measure date】选择 up。 选择数据文件“LM.dat” 。 点击【Perform Approximation】 ，生成 SIMPACK 数据文件。 点击【Save】 ，保持文件， 【Exit】退出。 20.2 轮轨接触生成 建模窗口&&Globals&&Vehicle Globals，出现车辆总体参数设置窗口。 设置左轮踏面外形：LM。 设置右轮踏面外形：LM。 点击【Apply as Defaults】 ，Close。 建模窗口&&File&&Save，建模窗口&&File&&Reload。 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 LM 与 UIC60 轨的轮轨接触几何关系结果，见下图。
文件名 Ametro_18。 21 轨道不平顺 在 SIMPACK 软件中，轨道不平顺有以下方式： （1） 由轨道不平顺的 PSD 谱生成，程序中带有德国谱，用户可自定义其它 PSD 谱； （2） 余弦型轨道不平顺，可由程序生成或由用户给出； （3） 实际测量的轨道不平顺数据。 这里仅介绍如何使用 PSD 生成时域的轨道不平顺。 21.1 轨道不平顺的 PSD 谱 轨道不平顺的 PSD 谱由建模窗口的多项式函数定义。 建模窗口&&Elements&&Polynomials， 出现多项式函数窗口， 默认包括三个多项式函数， 分别表示水平不平顺（StochTrackEx_y） ，垂向不平顺（StochTrackEx_z）和高度、轨距不平 顺（StochTrackEx_a1） 。选择方向不平顺 StochTrackEx_y，双击后出现多项式函数定义窗口。【Type】选择 Spectral Analysis。 【Coefficients Given by】选择：Wheel Rail：DB Horizontal High。 点击 Plot，画出方向不平顺的 PSD 图。点击 OK，&&File&&Save，保持文件。 同理得到，得到高低不平顺 StochTrackEx_z 和交叉不平顺 StochTrackEx_cross。21.2 轨道中加入不平顺 建模窗口&&Globals&&Track，出现轨道设置窗口。 【Excitation】选择 Track-related，出现“Track Excitation Generator”窗口。点击【Vetical】 ，选择 08：Nonlin. Stoch. by Polynomi。 点击【Parameter】 ，出现参数选择窗口。双击窗口中文件，将值改为 1.0，出现参数表，填入相应参数，见下图。参数设置说明如下： （1） 第 1 行的 ID 在（0，5）区间取值，该值是随机数的初始值，但各个方向的不 平顺的 ID 值不能相同； （2） 第 2 行是采样频率点数，用 n freq 表示； （3） 第 3 行是最高截至频率，用 n max 表示；（4） 第 3 行是最低截至频率，用 nmin 表示； （5） 如果存在 n freq ? nmax / nmin ， 这时时间历程波形的 PSD 谱是正确的， 但波形是 周期很短的周期信号；如果 n freq ? nmax / nmin ，波形是准周期的，但时间历程 波形的 PSD 谱在低频段是不正确的； （6） 频率的单位必须是 1/m； （7） 频率的划分应该是不等距的，否则 PSD 不能正确地表达； 设置完成后，OK，回到上一级窗口。 点击【Parameter】 ，画出时域的不平顺曲线。同样设置其它方向的不平顺。 &&File&&Save，保持文件。 模型文件名 Ameto_19。22 时域积分仿真 22.1 参数设置 主窗口&&Calculation&&Time Integration&&Configure，出现积分设置窗口。设置开始和结束积分时间，以及输出点数。 点击【Save】 ，保持设置。 如有必要，可改变积分方法。点击【Setting】 ，出现积分方式设置窗口。22.2 时域仿真 主窗口&&Calculation&&Time Integration&&Performance with measurement ，这时会跳出 一个积分过程信息窗口，它给出了积分过程出现的各种情况。 23 后处理（结果输出） 模型文件名 Ameto_20，曲线通过。 23.1 G2D Plots 主窗口&&PostProcess&&G2D Plots，出现 2D 绘图窗口。 Axis 选“x” ，点击【Modify】 ，弹出变量窗口，选择“Time” ，OK。 Curve 选中“1” 。Axis 选“y” ，点击【Modify】 ，弹出变量窗口，选择 4 位轮对的横向 位移，&&States. Joint. Position. ZG&&Wheelset4&&y，这时窗口画图区出现曲线 1，OK。 Curve 选中“2” 。Axis 选“y” ，点击【Modify】 ，弹出变量窗口，选择 3 位轮对的横向 位移，&&States. Joint. Position. ZG&&Wheelset3&&y，这时窗口画图区出现曲线 2，OK。 依次选中其它曲线。 点击【Description】 ，弹出窗口，输入图形题头。图形结果可以输出成其它文件。2D Plots 绘图窗口&&File&&Convert&&Create BMP file， 出现文件名窗口，给文件重新命名，OK。 2D Plots 能够输出以下结果： （1） States. Joint. Position. ZG：各刚体的位移； （2） States. Joint. Velocity. ZGP：各刚体的速度。23.2 General Plots SIMPACK8.8 版本中，将计算结果输出功能转移到 General Plots 模块。 主窗口&&PostProcess&& General Plots，出现绘图窗口。绘图窗口分为三个区，左边为 图形设置区域，中间为绘图区，右边为结果目录。 作图方法：在右边结果目录区域选中要作图的内容，拖动到中间绘图区即可。脱轨系数等指标在 Force output 目录树下。 图形结果可以输出成其它文件。绘图窗口&&File&&Expert，下图为输出图样。24 平稳性计算 模型文件名 Ameto_19，直线+不平顺。 24.1 创建车体上 Mark 点 地板面中心线： 车体中心 Carbody_Floor_C （0， 0， -1.15） ， 前转向架中心 Carbody_Floor_F （7.85，0，-1.15） ，后向架中心 Carbody_Floor_B（-7.85，0，-1.15） 。 地板面中心线外 1 米处： 前转向架 Carbody_Floor_S1 （7.85， 1， -1.15） ， Carbody_Floor_S2 （-7.85， -1， -1.15） ， 前转向架 Carbody_Floor_S3 （7.85， 1， -1.15） ， Carbody_Floor_S4 （-7.85， -1，-1.15） 。 24.2 创建传感器 建模窗口&&Elements&&Sensors，出现传感器窗口。 创建传感器 Carbody_Floor_C，出现传感器定义窗口，设置相关参数，如下图。同理，可创建其它传感器。 24.3 时间积分 设置轨道不平顺，设置积分参数，进行时域积分。 24.4 ISO2631 平稳性指标 主窗口&&PostProcess&& General Plots，出现绘图窗口。 选择 sensor acc 目录下的 Carbody_Floor_C 的横向加速度（y） ，拖入绘图窗口。 在左边窗口中选中 Curve 1，绘图窗口主菜单&&Format&&Add Filter，弹出滤波器窗口。 【Filter Type】选择 085：Statistics: WZ value (Ride Index) 【Filter Parameter】设置见下图，OK，计算结果显示在绘图窗口。24.4 Sperling 平稳性指标 SIMPACK 中没有 Sperling 平稳性指标的滤波器。 计算 Sperling 平稳性指标可通过以下 两种方式实现。 24.4.1 将加速度数据输出，使用其它软件计算。 数据输出的方法如下： 绘图窗口主菜单&&File&&ASCII Export，出现数据输出窗口，输入文件名，OK。24.4.2 使用自定义滤波器 在 SIMPACK 内定义滤波器的方法如下。 主菜单&&PreProcess&&User Routines，出现用户自定义函数窗口。【MBS-Library】中选择函数形式：2D Filters。 【External】选择语言：Fortran 或 C。 点击【New】 ，创建一个新函数，这时出现函数编辑窗口。输入函数内容（尚未完成） 。 然后点击【Compile】进行编辑，通过后点击【Build Shared User Routines】 ，将其加入 到程序中。 进入 General Plot 窗口，在 Filter Type 中使用上述自定义的滤波器。25 根轨迹图 SIMPACK 提供了系统的根轨迹图，由它可以得到系统的特征根随速度的变化趋势， 判断系统失稳定的速度的振型。 完成根轨迹图的步骤如下： （1） 设置速度变量； （2） 进行特征根计算； （3） 根轨迹作图。 25.1 设置速度变量 打开文件 Ametro_18。 主菜单&&ParVariation&&Configure，出现变量参数设置窗口。 点击【Variation Case】 ，出现变量工况窗口，重新命名为 Root_Loci。在【p1 Inner Loop Parameter】框内，创建新的变量；v_pmh，这时出现变量定义窗口。点击【Type】 ，选择&&Vehicle Globals&&04：v_vehicle。 填入变量的取值上、下限，OK，退回到上一级窗口。 在【p1 Number of Variation】框内填入变量循环次数。 点击【Save】 ，保存设置，Exit。 25.2 进行特征根计算 主菜单&&ParVariation&&Perform Eigenfrequence&&Perform。 25.3 根轨迹作图 主菜单&&PostProcess&& ParVariation Plot&&Eigenfrequence，根轨迹作图窗口出现。 设置作图参数，然后点击【Plot】 ，完成根轨迹图。26 临界速度的计算 SIMPACK 提供了临界速度随等效斜率变化的计算方法，它是通过设置变量参数，进 行特征根计算得到的。 26.1 参数设置 打开文件 Ametro_18。 主菜单&&ParVariation&&Configure，出现变量参数设置窗口。 点击【Variation Case】 ，出现变量工况窗口，新定义一个新任务 Critical_Speed。定义内层循环变量：运行速度。定义外层循环变量：等效斜率。在变量参数设置窗口，设置【Pre-Calc】 。在变量参数设置窗口，设置【Method】 。注意： 【Linear Method】选择 Enable。 26.2 特征根计算 主菜单&&ParVariation&&Perform Critical Parameter&&Perform。 26.3 临界速度图 主菜单&&PostProcess&& ParVariation Plot&&Critical Parameter，绘图窗口出现。 点击【Plot】 ，完成临界速度与等效斜率关系图。附录 1：LM 踏面的数据文件Wheel profile LM 136 -70 -69 -68 -67 -66 -65 -64 -63 -62 -61 -60 -59 -58 -57 -56 -55 -54 -53 -52 -51 -50 -49 -48 -47 -46 -45 -44 -43 -42 -41 -40 -39 -38 -37 -6.1 -15.7 -19.3 -22.278 -23. -25.6 -26.268 -26.673 -26.5 -27.3 -27.5 -26. -26.9 -25.1 -23. -22.2 -19.3 -15.9 -10. -34 -33 -32 -31 -30 -29 -28 -27 -26 -25 -24 -23 -22 -21 -20 -19 -18 -17 -16 -15 -14 -13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -8.8 -6.5 -5. -4.9 -4.5 -3.5 -2.3 -2. -2.2 -1.4 -1.1 -1. -0.7 -0.8 -0.3 -0.421 -0.6 -0. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 -0.1 0 0.2 0.4 0.6 0.7 0.8 0.9 0.9 0.736 0.769 0.8 0.829 0.856 0.2 0.8 1.7 1.8 1.2 1.9 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 1.9 1.3 1.1 2.3 2.1 2.2 2.2 2.2 3.2 3.2 3.2 3.2 4.2 4.2 4.1 6.6 9.2附录 2：SIMPACK 输出的加速度数据&Ametro_19& &Pageset& &Page 1& &Diagram& &time& &sensor acc.$S_Carbody_Floor_C.y& &[s]& &[m/s^2]& 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 4.................. -0..15 0..25 0..35 -0..45 -0..55 -0..65 -0..75 0..85 0..95 0. 0..15 0..25 0..35 0..45 -0..55 -0..65 -0..75 -0..8 1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 -0...............1928 0......85 -0..95 -0..05 0..15 0..25 0. 0..45 0. 0..65 0..75 -0..85 -0..95 -0..05 -0..15 -0..25 -0..35 -0..45 0..55 0..65 0..75 0..85 0..9 4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 0.......1981 0.........95 0..05 -0..15 -0..25 -0..35 -0..45 -0..55 -0..65 -0..75 0..85 0..95 0..05 0..15 0..25 0..35 0..45 0..55 -0..65 -0..75 -0..85 -0.3035485.95 -0. 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 7 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 7.9 8 8.1 -0.............1244 -0..178 0....05 -0..15 -0..25 0..35 0..45 0..55 0..65 0..75 0..85 0..95 0..05 0..15 -0..25 -0..35 -0..45 -0..55 -0..65 -0..75 0..85 0..95 0..05 0.2198788.15 0..2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9 9 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 9.8 9.9 10 0................1024 -0..25 0..35 -0..45 -0..55 -0..65 -0. -0..85 -0..95 -0..05 -0..15 0..25 0..35 0..45 0..55 0..65 0..75 0..85 -0..95 -0..05 -0..1 -0..15 -0..2 -0..25 -0..3 -0.14324910.35 -0..4 -0..45 -0..5 -0..55 -0..6 -0..65 0..7 0..75 0..8 0..85 0..9 0..95 0. 0..05 0..1 0..15 0..2 0..25 0..3 0..35 -0..4 -0..45 -0..5 -0..55 -0..6 -0..65 -0..7 -0..75 -0..8 -0..85 -0..9 -0..95 -0. 0..05 0..1 0..15 0..2 0..25 0..3 0..35 0..4 0..45 0..5 0.027239812.55 0..6 0..65 -0..7 -0..75 -0..8 -0..85 -0..9 -0..95 -0. -0..05 -0..1 -0..15 -0..2 -0..25 -0..3 -0..35 -0..4 -0..45 0..5 0..55 0..6 0..65 0..7 0..75 0..8 0..85 0. 0..95 0. 0..05 0..1 -0..15 -0..2 -0..25 -0..3 -0..35 -0..4 -0..45 -0. -0..55 -0..6 -0..65 -0..7 -0.15070214.75 -0..8 -0..85 0..9 0..95 -0. 0..05 0..1 0..15 0..2 0..25 0..3 0..35 0. 0..45 0..5 0..55 -0..6 -0..65 -0..7 -0..75 -0. -0..85 -0..9 -0..95 -0. -0..05 -0..1 -0..15 0..2 -0..25 0. 0..35 0..4 0..45 0..5 0..55 0..6 0..65 0..7 0..75 0..8 0..85 0..9 0.16.95 -0. -0..05 -0..1 -0..15 -0..2 -0..25 -0..3 -0..35 -0..4 -0..45 -0..5 -0..55 -0..6 -0..65 0..7 0..75 0..8 0. 0..9 0..95 0. 0..05 0..1 0..15 0..2 0. 0..3 0..35 0..4 -0..45 -0..5 -0..55 -0..6 -0..65 -0..7 -0..75 -0..8 -0..85 -0..9 -0..95 -0. -0..05 -0. -0.028320619.15 -0..2 0..25 0..3 0..35 0..4 0.19816219.45 0..5 0. 0..6 0..65 0..7 0.058854919.75 0..8 -0..85 -0..9 -0. -0. -0.167006