德国高速谱在ADAMS/Rail中的实现

john152

德国高速谱分为低干扰谱和高干扰谱两种，前者适用于250 kph以上速度等级车辆，后者适用于250 kph以下的情况。在ADAMS/Rail中有两种方式实现轨道谱：实测数据和PSD（功率谱密度）方法。
用实测数据方法需要先建立irregularity文件，然后建立track文件调用该不平顺文件。实测数据的获取不一定非得要现场测量，也可以用FFT逆变换计算轨道谱的PSD公式获得横向和垂向的轨道不平顺数据。
本文主要讲如何用PSD方法得到德国高速谱的track文件。
德国低干扰谱轨道文件内容如下：（在tracks.tbl文件夹下，后缀名为.trk）
$---------------------------------------------------------------------MDI_HEADER
[MDI_HEADER]
FILE_TYPE     =  'trk'
FILE_VERSION  =  5.0
FILE_FORMAT   =  'ASCII'
$--------------------------------------------------------------------------UNITS
[UNITS]
LENGTH  =  'meter'
ANGLE   =  'radians'
FORCE   =  'newton'
MASS    =  'kg'
TIME    =  'second'
$--------------------------------------------------------------------------MODEL
[MODEL]
TYPE  =  'ANALYTIC'
FORMAT  =  'TRK_4'
$-------------------------------------------------------------------------GLOBAL
[GLOBAL]
TOTAL_LENGTH  =  10000.0
CANT_MODE  =  'LOWRAIL'
IRREGULARITIES  =  'Yes'
$-----------------------------------------------------------------IRREGULARITIES
[IRREGULARITIES]
TYPE  =  'ANALYTIC_PSD'
FORMAT  =  'PSD_1'
INTERPOLATION  =  'SPLINE'
SCALE  =  0.5
DATA_STEP  =  0.2
INACTIVE_LENGTH  =  300.0
ACTIVE_LENGTH  =  10000.0
FREQUENCY_TERMS  =  200.0
PSD_OC  =  0.8246
PSD_OR  =  0.0206
PSD_OS  =  0.438
PSD_AV  =  0.0000004
PSD_AA  =  0.00000021
PSD_L1  =  2.0
PSD_L2  =  100.0
LAT_ACTIVE  =  'YES'
VER_ACTIVE  =  'YES'
ROLL_ACTIVE  =  'YES'
$----------------------------------------------------------------HORIZONTAL_PATH
[HORIZONTAL_PATH]
{horizontal_s   curvature   kink}
0.0   0.0   0.0
10000.0   0.0   0.0
$------------------------------------------------------------------VERTICAL_PATH
[VERTICAL_PATH]
{vertical_s  coordinate}
0.0   0.0
10000.0   0.0
$----------------------------------------------------------------CANT_ANGLE_PATH
[CANT_ANGLE_PATH]
{cant_angle_s   angle}
0.0   0.0
10000.0   0.0
$------------------------------------------------------------RAILS_CONFIGURATION
[RAILS_CONFIGURATION]
{track_s    gauge  vdg}
0.0   1.435   0.014
10000.0   1.435   0.014
$-------------------------------------------------------RIGHT_RAIL_CONFIGURATION
[RIGHT_RAIL_CONFIGURATION]
{track_s  inc  rail_id  guiding_rail_id}
0.0   0.0   1.0   0.0
10000.0   0.0   1.0   0.0
$------------------------------------------------------------RIGHT_RAIL_MATERIAL
[RIGHT_RAIL_MATERIAL]
Y_MODULUS  =  210000000000.0
P_RATIO  =  0.27
$--------------------------------------------------------LEFT_RAIL_CONFIGURATION
[LEFT_RAIL_CONFIGURATION]
{track_s  inc  rail_id  guiding_rail_id}
0.0   0.0   1.0   0.0
10000.0   0.0   1.0   0.0
$-------------------------------------------------------------LEFT_RAIL_MATERIAL
[LEFT_RAIL_MATERIAL]
Y_MODULUS  =  210000000000.0
P_RATIO  =  0.27
$-----------------------------------------------------------------RAIL_1_PROFILE
[RAIL_1_PROFILE]
PROFILE_FILE  =  'mdids://arail_shared/wheel_rail_profiles.tbl/mdi_UIC60.rpr'

保存以上文件在记事本中，并修改后缀为.trk即可。
其中， TOTAL_LENGTH  =  10000.0 表示轨道长度为10000m，这个可以任意修改，但高于40000.m时内存容易饱和出错。
CANT_MODE  =  'LOWRAIL' 表示低接头轨道形式。
SCALE  =  0.5 表示对车辆模型的实际轨道激励只为本文件表示的激励大小的一半，可以修改为小于等于1的任意值。
DATA_STEP  =  0.2  步长大小
INACTIVE_LENGTH  =  300.0  表示开始300m不施加激励，为理想光滑轨道。
FREQUENCY_TERMS  =  200.0 模拟PSD时采用的采样频率大小
以下为德国低干扰谱公式的系数大小，具体可参见翟婉明《车辆-轨道耦合动力学》一书p100
PSD_OC  =  0.8246
PSD_OR  =  0.0206
PSD_OS  =  0.438
PSD_AV  =  0.0000004
PSD_AA  =  0.00000021
PSD_L1  =  2.0   表示波长最小值
PSD_L2  =  100.0 表示波长最大值
德国高干扰谱轨道文件与低干扰谱类似，只需将上面的系数修改一下即可，
PSD_OC  =  0.8246
PSD_OR  =  0.0206
PSD_OS  =  0.438
PSD_AV  =  0.00000108
PSD_AA  =  0.0000006125
PSD_L1  =  2.0
PSD_L2  =  100.0

建立好.trk文件后，即可进行仿真了。
另外，软件自带的不平顺激励（irregularity形式）为德国低干扰谱。