基于MATLAB的轮轨接触几何计算GUI程序设计与实现

1-148 matlab的带有gui的轮轨接触几何计算程序 基于matlab的带有gui的轮轨接触几何计算程序,根据不同的踏面和轨头计算不同横移量下面的接触点位置。程序已调通可直接运行有没有人蹲过现成的、换文件就能换轮轨、不用啃半天赫兹接触前的几何方程、结果还能直观看曲线的MATLAB轮轨接触工具最近扒到了一个编号1-148、调得通能用的带GUI版本昨天玩了一下午连论文里找不到的几个旧踏面残差点的拟合结果都能导出来简单拼先碎碎念分享一波。这个程序的核心逻辑其实是经典的“轮轨截面投影重叠求最小距离法”不对应该是先把踏面、轨头的左右截面数据注意是工程上常用的纵向垂直轨距线的横移-垂向数据txt/excel都能塞读进去然后设定横移范围和步长把轮组踏面沿着横移轴假设轮对横移量y左踏面右轨头重叠区往左移y是正方向或者反过来程序里有注释说默认右移轮对靠近右轨是y正其实不用纠结反正结果可以对着图调逻辑扫一遍每个y下面找踏面每个点投影到轨头截面的法向最近点——对就是那个切线垂直于两点连线的点不是垂直于轨头底面的垂向最近哦垂向的那种太粗糙了过曲线或者脱轨前的几何全靠法向的这个。给你们看扫轨距区扫重叠的时候核心循环里我觉得写得最“懒但有用”的一段MATLAB代码不是那种硬推二次微分找极值的是先抓肉眼/先验逻辑里的“可能接触区”轨头顶圆弧附近±某个y0的点踏面踏面锥/顶圆弧附近的点然后用欧几里得距离遍历这两个小区域省了超多计算时间% 这里是找当前横移量y时可能的接触候选点 % 先把轨头数据的x横移、y垂向这里程序里为了统一命名把原来的轨头垂向换成了z不管看坐标图就懂不影响核心 % 假设轮对左移当前y量这里变量名和投影逻辑要对应程序注释那么左踏面的原始x_right踏面点假设原始踏面是从轮缘到轮心也不管程序会自动给轮缘侧标个负区还是正区减去y就是投影到轨头坐标系的位置 projected_x_left tread_x_left - y; % 硬抓轨头顶圆弧比如轨头数据里垂向z_top_max轨头顶面最高点垂向值减1mm以内的点都是接触顶候选过了1mm要么是轨距角要么轨底了 contact_candidate_rail rail_data(abs(rail_z - z_top_max) 1, :); % 硬抓左踏面的候选投影x_left刚好落在轨头候选x的min和max之间的省得算轮心那边完全碰不到的 contact_candidate_tread left_tread_data( (projected_x_left min(contact_candidate_rail(:,1))) ... (projected_x_left max(contact_candidate_rail(:,1))), : ); % 遍历欧几里得找最小的 min_dist inf; best_rail_point []; best_tread_point []; for i 1:size(contact_candidate_tread,1) pt_t [contact_candidate_tread(i,1)-y, contact_candidate_tread(i,2)]; % 再确认投影坐标 for j 1:size(contact_candidate_rail,1) pt_r contact_candidate_rail(j,:); dist norm(pt_t - pt_r); if dist min_dist min_dist dist; best_rail_point pt_r; best_tread_point contact_candidate_tread(i,:); end end end这段代码的“懒”真的拯救了我电脑跑1440个点旧LM踏面残差点超多我随便找了个同学拼的txt丢进去的情况——原来如果遍历整个左右轮轨截面每个横移量步长0.1mm横移-15到15mm对吧脱轨预警大概是±12mm的话得跑30014401200次我之前写过一次纯遍历电脑卡成PPT这个硬抓1mm垂向内的轨头直接降到300200300秒出结果。然后是GUI界面不是那种只有按钮的极简版是分了三个标签页坐标实时联动的这点很贴心第一个标签页是“轮轨数据导入与预览”有两个按钮分别读左/右踏面默认1-148程序带的是一个旧LMA踏面的左右镜像txt哦对了要是对称轮对的话直接读一个镜像就行程序有自动镜像右踏面的复选框我昨天才发现之前还傻乎乎找同学要了两个一模一样的文件和左右轨头轨头不是默认镜像哦要自己读左右不同的超高曲线下的轨头不对是左/右股道的单独轨头截面比如曲线外侧可能磨耗得更厉害导入之后会在同一个坐标系里显示原始数据还能缩放、平移、用鼠标点原始数据的点看坐标——这点找残差点的时候太方便了之前用Excel拼残差点一个个翻数值快瞎了。第二个标签页是“几何计算设置”横移范围和步长可以自己输还有个复选框要不要算“接触点的法向夹角、轨距、轮轨间隙轨距角那边的或者顶的哦程序注释说是接触点外侧轮缘和轨距角内侧的垂向最小间隙如果接触在顶的话间隙就是0对吧反正结果标签页里会标清楚”——这些论文里分析动力学的时候经常要用到不用自己再写公式算。第三个标签页是“结果显示与导出”实时联动改完横移步长之后点“重新计算”3秒内就能出四个子图1-148 matlab的带有gui的轮轨接触几何计算程序 基于matlab的带有gui的轮轨接触几何计算程序,根据不同的踏面和轨头计算不同横移量下面的接触点位置。程序已调通可直接运行第一个子图是“轮对当前横移量默认中间的y0下的接触放大图”能看到刚才那段代码抓的最小距离点还标了欧几里得距离理论上正常接触的时候应该是0要是带磨耗的残差点可能会有0.01mm左右的误差正常的因为是离散点拟合的第二个子图是“接触点横移量相对于轮对中心和轨距中心哦轨距中心标了个红竖线轮对中心标了个蓝竖线很清楚随轮对横移量变化的曲线”——可以看踏面锥的斜率变化、轨距角接触的拐点第三个子图是“接触点法向夹角随轮对横移量变化的曲线”第四个子图是“轮轨间隙随轮对横移量变化的曲线”还有个“数据导出”按钮能把所有计算结果轮对横移量y左右接触点的投影x、垂向z、法向夹角轮轨间隙轨距哦还有算出来的等效踏面锥度对等效踏面锥度标签页底部直接显示了y在0到±2mm之间的等效锥度这点太省事了之前写课程作业的时候我对着第二个子图的横移范围0-2mm算了好久斜率还差点算错正负导出成Excel或者MATLAB的.mat文件直接插论文里就行。昨天我用这个程序把我自己做课程作业拼的磨耗LMA踏面和1-148程序自带的CN60轨头还有我在知网找的旧资料里的磨耗CN60轨头分别算了一遍横移-10到10mm的等效锥度旧资料里的磨耗等效锥度居然是0.3课程作业要求的踏面锥度范围是0.1-0.4刚好符合省了我重新拟合磨耗踏面的时间拟合残差点真的是个苦差事。不过这个程序也有个小缺点就是硬抓的“接触候选区”是1mm垂向内的轨头要是碰上个磨耗特别严重的轨头轨头顶圆弧已经凹下去1mm以上了那接触候选区就抓不到了不过这点可以自己改那段核心循环里的“abs(railz - ztopmax) 1”改成“abs(railz - ztopmax) 2”或者更大的数改完之后程序运行速度会稍微慢一点但也不会卡成PPT毕竟还是抓了候选区不是纯遍历。总体来说这个1-148的带GUI的MATLAB轮轨接触几何计算程序真的是入门铁路工程/车辆工程学生的福音不用啃复杂的几何方程不用自己写代码拟合残差点哦不对残差点还是要自己拼但是程序能实时看拼的好不好这点也很重要结果还能直接导出插论文里调得通能用昨天玩了一下午真的太香了。