基于Abaqus-Simpack联合仿真车辆-浮置板轨道耦合动力学仿真

本文摘要（由AI生成）：

文章主要介绍了钢弹簧浮置板轨道在城市轨道交通中的应用，以及Simpack多体动力学计算软件在轨道车辆动力学仿真中的作用。文章还介绍了Abaqus柔性体模型建立案例，以及柔性体生成案例—FEMBS接口。最后，文章提到了车辆-柔性轨-浮置板耦合动力学进阶18讲，并介绍了课程的适用人群和课程内容。

一、城市轨道交通中钢弹簧浮置板高级减振轨道

城市轨道交通不仅作为城市亮丽的名片，还在解决城市交通问题中具有特殊的地位和作用。城市轨道交通也是一种安全、快捷、准时、方便、舒适的理想交通工具。伴随着全世界各个国家地区城市轨道交通线路的新修和运营里程逐年增加，由此引起的环境振动及其衍生问题日益突出。

目前，城市轨道交通的一条线路中往往采用多种减振措施并用的方式，实现分区段减振的要求，减振轨道铺设长度能占到线路全长的40%~60%。目前的轨道减振类措施中，以钢弹簧浮置板的减振能力最强，减振性能可达到15dB，并且其减振器的可维修性强，在城市轨道交通减振要求级别高的线路中得到广泛运用。

因此，笔者选取钢弹簧浮置板轨道，基于Simpack提供给Abaqus的FE-MBS接口，实现车辆-柔性钢轨-浮置板耦合系统的动力学模型建立，为钢弹簧浮置板减振轨道的研究提供理论研究模型。

二、Simpack多体动力学计算软件

Simpack是专家级机电系统运动学/动力学仿真分析软件，也是世界上第一款采用完全递归算法、利用相对坐标系建立模型的多体动力学软件。Simpack软件可以用来仿真模拟现实世界中任何的机械/机电系统，从仅仅只有几个自由度的简单系统到复杂系统，如汽车、火车、飞机、风机等，都能利用Simpack软件进行模拟仿真。适用于产品概念设计、试验研究、故障诊断以及产品维护的全生命周期。

Simpack Rail轨道车辆解决方案是针对轨道-车辆动力学仿真开发的专用软件。在全球范围拥有广泛的用户群，主要的机车制造商、工程设计商、供应商、运营商、高校和科研院所都在使用Simpack Rail。

通过Simpack强大的建模功能和快速的计算速度能高效地预测和分析轨道车辆间的动力学性能，从而大大降低开发成本，缩短开发周期，提高产品设计质量。Simpack Rail与行业合作伙伴之间的项目合作和大量的验证试验，保证了仿真的可靠性，同时也提供了在轨道交通行业应用中的丰富经验。

三、Abaqus柔性体模型建立案例—以柔性钢轨为例

笔者以60轨为例，面向用户演示Abaqus中柔性体的建立。

1、生成Rail60实体三维模型，如下所示：

 2、定义材料参数：

 3、分析步设置为模态分析和子结构分析

（模态分析步）

（子结构分析步）

4、对钢轨进行细化分割，并设置全局网格尺寸，按照轨枕间距，将钢轨按照每0.6m分割一次，并设置RP参考点。

5、、在Interaction用户界面下，设置RP参考点与邻近表面区域的耦合。

6、边界条件中，子结构分析步需要保留主节点的自由度。

（主节点）

（边界条件：保留自由度）

7、提交计算完成之后，可以查看其振型图。

（20阶振型图）

四、柔性体生成案例—FEMBS接口

Simpack所需的柔性体文件为*.fbi文件，可以通过Simpack GUI 的工具生成，也可以使用Abaqus的命令选项生成。

在Simpack的GUI工具中借助于其提供的FEMBS接口，选择Abaqus计算结果中的*.inp文件和*.sim文件，设置输出位置及质量和几何尺寸缩放比例之后，通过generate选项生成。

Abaqus中键入如下命令，填写其选项参数：

Abaqus tosimpackjob = job-name[substructure_sim = filename][length = length-units-name][mass = mass-units-name][time = time-units-name]

五、Ftr钢轨柔性体文件

详细解读帮助文档，逐字段书写解释*.ftr文件，并提供了常用的错误查找、排除的经验方法，以提升建模质量和效率，并在Simpack设置轮轨耦合关系，实现轨道基础的柔性化。

(*.ftr文件书写)

六、线路激励

通过PSD或*.tre激励文件的方式，实现了线路激励。

*.tre文件按照下图格式进行书写：

书写完毕后，在Simpack界面导入所书写好的*.tre文件，即可顺利导入轨道���平顺。下图为导入后的结果展示，图中最上面一张未轨道不平顺幅值谱，中间一张为第一张图对时间的一阶导数，最后一张图为第一张图对时间的二阶导数。

七、车辆-柔性轨-浮置板耦合动力学进阶18讲

受仿真秀平台的邀请，自2020年6月起，笔者原创的精品课《车辆-柔性轨-浮置板耦合动力学进阶18讲》，目前已经更新完结，欢迎订阅。本课程动力学计算模型依据参数从无到有地建立了车辆-轨道-浮置板耦合系统，结合ABAQUS及Simpack得到相关动力学响应，并获得可视化效果。

我的课程安排如下：