车体结构振动模态仿真与试验一致性分析

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1、第32卷第6期大连交通大学学报Vol．32No．62011年12月JOURNALOFDALIANJIAOTONGUNIVERSITYDec．2011文章编号:1673-9590(2011)06-0026-04车体结构振动模态仿真与试验一致性分析赵红伟，田爱琴，王万静，丁叁叁(中国南车集团青岛四方机车车辆股份有限公司技术中心，山东青岛266111)＊摘要:通过对比分析车体钢结构和整备两种车体状态中的仿真和试验数据，利用试验数据，

2、采用尺寸优化的方式，调整弹性支撑刚度系数来修改车体的边界约束条件，使得仿真数据与试验数据达到很好的相关度，为以后的车体模态计算分析提供强有力的支持．关键词:车体结构;动态特性;尺寸优化;边界条件文献标识码:A0引言一正定矩阵;K为车体有限元模型的总体刚度矩阵，为一半正定矩阵;x表示车体振动的位移向行驶中的车辆受到多种激振，研究车体动态量．于是，车体结构自由振动的各阶固有频率特性能有效地分析整车的振动舒适性、行驶平顺ωi(i=1，2，…，n，其中n为车体有限元模型的自性、安全性及寿命，其目的在于优化车身结构以控由度数

3、)由以下特征方程求得制车体模态频率与模态振型．车体模态分析不仅2

4、K－ωM

5、=0(2)可用来分析整车的性能，还可直接对其结构设计式中，ω为车体自由振动的固有频率．进行评价．近年来国内许多学者在车体的模态分当ωi为特征方程式(2)的重根时，把它代入方程析中进行了不懈的努力和探索，机车和动车组钢2(K－ωM)=0(3)［1-2］结构车体的自由模态分析，针对不同类型车体解得其对应的各个振型．钢结构自由模态做了深入的研究并取得了很好的当ωi是特征方程式(2)的单根时，代入特征［3］结果;客车车体整备状态的自由模态分析，对

6、矩阵中客车车辆质量的分布做了有意义的分析，却没有2B=K－ωM(4)试验数据的支撑．本文通过对比分析仿真和试验求得该特征矩阵的伴随矩阵数据，结合工程中的应用及车体结构研发经验，采2C=K－ωiM(5)用参数优化的方式解决车体模态分析中仿真与试则该伴随矩阵的任一非零列向量即为固有频率验数据的差异性问题，并对车辆不同运用状态中的支撑刚度系数得出一个定性的认识．ωi所对应的振型．1模态分析理论基础2车体结构的模态分析模态分析的实质就是求解具有有限个自由度根据铝合金车体由大型中空挤压型材焊接而的无阻尼线弹性系统运动方程．由

7、于车体结构极成的特点，建模时需按偏安全原则，尽可能细致离为复杂，不可能用解析法求得其振动模态，而只好散车体．由于模态分析时加载均被忽略，因此车体借助于有限元方法，其求解的基本原理如下．各附加部件的质量和配重采用质量单元的方式进有限元模型的自由振动方程可写为行施加，质量较大的车下吊挂按实际位置相加．为··Mx+Kx=0(1)了更好地掌握车体的动态特性，对车体钢结构及在式中，M为车体有限元模型的总体质量矩阵，为整备状态下的车体分别计算其固有频率及振型．*收稿日期:2011-10-20作者简介:赵红伟(1979－)，男，

8、工程师，硕士，主要从事高速动车组车体结构强度分析的研究E-mail:csuzhaohongwei@126．com．第6期赵红伟，等:车体结构振动模态仿真与试验一致性分析272．1车体约束方式表2整备状态车体模态数据Hz在计算车体钢结构及整备状态自由模态的频车型分类菱形一阶垂弯一阶扭转率与振型时，车体处于悬浮状态，即无约束状态，计算110．248．7413．85这样计算出来的频率与振型完全是由车体弹性体中间车计算28．67912．68本身决定的，不会受边界条件的影响．另一种情况试验12．310．713．7是计算车体钢

9、结构和整备约束状态模态的频率与注:计算1是指整备重量处理方式1的车体自由模振型时，在车体实际运用支撑点处加弹性约束，以态;计算2是指整备重量处理方式2的车体自由模态模拟实际试验状态．由上表中的数据分析可知:①对比车体钢结2．2车辆整备重量的处理方法构的计算与试验数据，菱形和一阶垂向弯曲来说高速车体固有频率模态分析，一个是对钢结是很接近的，但扭转振型差别大．②表2中的数据构自振频率的计算，另一个是对整备状态下自振分析表明针对整备状态车体的两种处理方式，如频率的计算．钢结构车体重量分布单一，基本没有从车体振型出现前后顺

10、序考虑的话，方法1和试多余的附加重量，处理起来较容易，不再赘述．对验接近，如只是考核对车体影响较大的一阶垂向于整备状态下计算模型中的质量分布，由于车体弯曲模态频率，那么方法2中的结果和试验相对整备时是一个包括多材料，多种连接方式复杂系更接近些．常规分析看来，方法2中的质量分布更统，而针对这种复杂系统的计算分析，极难准确模接近于实际车体状态，其模态不论是振型出