[发明专利]一种可减振的周期性牵引拉杆结构的设计方法

说明书

本发明公开了一种可减振的周期性牵引拉杆结构的设计方法。属于机械结构减振设计技术领域，步骤：明确牵引拉杆的尺寸大小，应用周期性结构原理和集中质量法对牵引拉杆的主体部分进行离散；建立牵引拉杆离散结构的振动方程；结合布洛赫定理及周期性边界条件，建立牵引拉杆减振频率计算的离散方程；明确指定减振频率在离散方程中的含义；建立满足减振频率的周期性牵引拉杆逆向设计的存在性判据；应用积分的方法求解符合目标减振频率要求的牵引拉杆结构参数或材料参数。本发明将周期性复合材料结构减振理论引入到牵引拉杆的设计中，提高牵引拉杆的工作性能；根据可根据牵引拉杆工作状态下受到的振动频率，快速设计出能够对该频率进行减振的牵引拉杆。

技术领域

本发明属于机械结构减振设计技术领域，具体涉及一种可减振的周期性牵引拉杆结构的设计方法。

背景技术

列车在轨道上高速行驶时轨道激扰频率增加，轮轨之间产生的高频振动通过悬挂系统传递到车体进而对各零部件产生干扰甚至破坏，导致车辆的运行安全受到威胁。列车牵引拉杆是牵引系统中的重要部件。列车行驶过程中产生的振动对牵引拉杆的使用安全以及寿命有着重要影响。列车在行驶过程中会受到多种频率的振动干扰，在某一振动频率影响下牵引拉杆会产生共振，从而放大振动，这是一种极其严重的破坏。列车牵引拉杆受振动的破坏会产生裂纹乃至断裂现象，频繁的维修和更换牵引拉杆造成了巨大经济损失，同时也威胁着乘客的生命财产安全。为提高牵列车在行驶过程中的安全性能以及乘坐舒适度，有必要对牵引拉杆在某一频率激励条件下的减振性能进行改善。周期性结构是一种具有弹性波带隙特性的周期性复合材料。一定频率的弹性波在经过周期性结构时会被削弱甚至消除。因其对弹性波具有优良的衰减效果，所以周期性结构在减振降噪领域有着巨大的价值。可基于周期性结构理论对牵引拉杆进行改进，使其对目标频率的振动有优良的减振效果，以此来提高牵引拉杆的工作性能和整个列车组的行驶性能。因此有必要对一种可减振的周期性牵引拉杆结构设计提供一种可靠的方法。

发明内容

为针对现有技术的不足，本发明提供了一种可减振的周期性牵引拉杆结构的设计方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：本发明所述的一种可减振的周期性牵引拉杆结构的设计方法，其具体操作步骤如下：

步骤(1)、明确牵引拉杆的尺寸大小，应用周期性结构原理和集中质量法对牵引拉杆的主体部分进行离散；

步骤(2)、建立牵引拉杆离散结构的振动方程；

步骤(3)、将振动方程结合布洛赫定理及周期性边界条件，建立牵引拉杆减振频率计算的离散方程；

步骤(4)、明确指定减振频率在离散方程中的含义；

步骤(5)、建立满足减振频率的周期性牵引拉杆逆向设计的存在性判据；

步骤(6)、应用积分的方法求解符合目标减振频率要求的牵引拉杆结构参数或材料参数。

进一步的，在步骤(1)中，在明确牵引拉杆的尺寸参数之后，应用集中质量法将牵引拉杆的主体直杆部分进行离散中；

所述牵引拉杆是一种连续介质，连续介质的自由度数是无限的，故应用集中质量法将连续介质的牵引拉杆质量离散到有限自由度的振子链结构中计算求解；连续介质的牵引拉杆质量将被集中到一个个振子点中，而振子点之间由等效弹簧连接形成振子链结构；

其中，等效弹簧的刚度由材料属性决定。

进一步的，在步骤(2)中，所述建立牵引拉杆离散结构的振动方程的具体步骤：

首先，应用集中质量法将将牵引拉杆元胞简化为十个振子的振子链结构；

其中，单个振子质量和两振子之间的等效弹簧刚度由以下公式表示：