服役环境下动车组车体振动与疲劳研究

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1、国内图书分类号：U270.1密级：公开国际图书分类号：629西南交通大学博士研究生学位论文服役环境下动车组车体振动与疲劳研究年级：二〇一三级姓名：李凡松申请学位级别：博士专业：车辆工程指导老师：邬平波研究员二零一七年九月ClassifiedIndex:U270.1U.D.C:629SouthwestJiaotongUniversityDoctorDegreeDissertationResearchonVibrationandFatigueofCarbodyforEMUunderServiceEnvironmentGrade:2013Candidate:L

2、iFansongAcademicDegreeAppliedfor:Ph.DoctorSpeciality:VehicleEngineeringSupervisor:Prof.WuPingboSept.2017西南交通大学博士研究生学位论文第I页摘要随着高铁近年来在国内的成功发展，其已成为中国一张重要的明信片。“复兴号”动车组的成功运营表明中国高铁技术已从初期的引进、消化、吸收阶段，进入到完全掌握并可进行再创新的高速发展阶段。车体是刚度最小的动车组主体结构，轻量化水平要求最高，而且作为乘客的直接载体，其振动水平和疲劳强度一直是动车组技术的研究重点。高速动车

3、组实际运营中，在大部分运行区域和运行时间内均能保持较优的运行品质，但偶然情况下也会出现异常振动问题，严重影响着运行品质和结构可靠性。如何建立准确的动车组车体仿真模型进行问题再现，并提出有效的解决措施是现阶段研究的核心内容。本文针对服役环境下的动车组车体振动和疲劳问题展开研究。主要开展了以下工作：（1）开展动车组车体服役环境下的线路运行模态试验，识别车体模态参数，研究了整备状态动车组车体建模方法；基于粒子群优化算法，编制了有限元模型修正程序，给出了一种整备状态下动车组车体有限元模型修正方法，确保整备状态动车组车体仿真模型具备准确的模态信息。（2）利用修正后

4、的动车组车体模型，研究了激发车体发生共振的条件，提出了车体共振判定因子概念。建立了动车组刚柔耦合系统动力学模型，基于线路实测车轮和钢轨外形数据，再现线路上发生的车体异常抖动问题，分析异常抖动的原因。基于此，开展了抑制动车组车体弹性振动的具体措施研究，并对动车组车体模态匹配设计原则进行了研究。（3）研究了一种适合动车组车体的振动疲劳动应力计算方法，推导多载荷输入条件下考虑载荷相位的振动疲劳应力计算公式，并得到了试验数据的验证。车体动应力仿真方法中将载荷分为低频和高频两部分，分别采用准静态方法和模态叠加法进行应力求解。基于有限元商业软件，利用模态叠加法计算载

5、荷应力频响函数，频响函数考虑实部和虚部。利用建立的动车组刚柔耦合系统动力学模型，仿真了不同轮轨匹配下车体输入载荷。通过编制应力计算程序，利用推导的动应力计算方法对动车组车体振动疲劳进行仿真，获取多载荷输入条件下车体结构振动疲劳动应力时间历程，并根据应力仿真结果进行车体振动强度进行评估。关键词：动车组；车体；服役环境；运行模态；模型修正；弹性振动；振动疲劳第II页西南交通大学博士研究生学位论文AbstractWiththesuccessfuldevelopmentofhigh-speedrailwayinthecountryforthepastfewyea

6、rs,ithasbecomeanimportantpostcardinChina.Thesuccessfuloperationof"Renaissance"ElectricMultipleUnit(EMU)indicatingthatthehigh-speedtraintechnologyofChinahasbeenfromtheinitialintroduction,digestion,absorptionstageintoafullygraspandre-innovationhigh-speeddevelopmentstage.Carbodyisth

7、emainstructureofEMUwiththesmallestrigidity,andthelghtweightrequirementsofwhichissevere.TheVibrationlevelandfatiguestrengthhasalwaysbeenthefocusofEMUtechnologyresearchasitisadirectstructureforcarryingpassengers.Inmostoperatingareaandrunningtime,thehigh-speedEMUcanmaintainagoodrunn

8、ingquality,butoccasionallytherewillbeabn