车体模态贡献分析及其对振动影响研究

论文摘要

车体的振动情况可以直接地反映出车辆的稳定性和舒适性,模态分析技术作为研究解决大型结构振动问题的有效手段,其最终目的是通过识别车体的固有参数,改进车体结构设计,增强车体的舒适性。参预因子值的大小反映了各阶模态对振动响应贡献的大小,通过对它的计算,可以识别出对振动影响较大的模态,就可以明确地针对该阶模态进行控制,达到优化车体设计,控制振动的目的。本文首先介绍了模态分析的研究意义及研究内容,并将模态分析技术与铁道车辆振动研究相结合,介绍了铁道车辆模态分析技术的意义和研究情况。接着介绍了基于环境激励下的车体模态试验及其相适应的模态参数识别方法,由于PolyMax具有能够识别大阻尼复杂系统,获得清晰稳态图等优点,较为适合运用于铁道车体这样的大型结构,所以着重推导了PolyMax参数识别法。在论文的第三章,首先根据模态叠加原理,已知系统质量、刚度及阻尼等情况下,推导了参与因子的数学解析式,并举例说明模态参与因子的意义及性质。接着从实验的角度出发,以实测频响函数为基础,运用有理分式多项式法识别系统的留数,再根据留数识别出车体的模态参与因子。借助第三章推导的车体模态参与因子计算基本理论,第四章重点研究了某动车在轨道环境激励条件下,不同运行工况,车体的模态参与因子值,辨识出各速度下对车体振动贡献量最大的模态。第五章根据第四章中参与因子随速度的变化情况,研究模态参与因子与车体振动之间的关系。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 模态分析研究现状
• 1.2.2 国内外运用模态分析技术在铁道车辆的研究
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 动车组车体模态参数识别
• 2.1 基于自然激励的模态参数识别方法
• 2.2 PolyMax模态参数识别法
• 2.3 利用polymax法识别动车组车体的模态参数
• 2.3.1 基于环境激励下的动车组车体模态参数辨识试验
• 2.3.2 试验结果及车体固有参数分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 模态参与因子计算基本理论
• 3.1 线性系统叠加原理
• 3.2 模态参与因子计算方法推导
• 3.2.1 模态叠加法
• 3.2.2 留数法
• 3.2.3 模态截断误差
• 3.3 基于模态叠加法的模态参与因子算例
• 3.3.1 算例一
• 3.3.2 算例二
• 3.4 本章小结
• 第四章 模态参与因子计算实例及对车体振动的影响
• 4.1 车体部分测点的振动响应
• 4.1.1 测点选取
• 4.1.2 测点在主振型中振幅
• 4.1.3 不同运行速度下测点在特殊频率处的振幅
• 4.2 车体模态振型参与因子计算
• 4.2.1 在固有频率处,各阶模态参与因子随速度变化曲线
• 4.2.2 在特征频率处,各阶模态参与因子随速度变化曲线
• 4.2.3 各速度级,固有频率处参与因子值
• 4.2.4 各速度级,特征频率处参与因子值
• 4.3 模态参与因子与绝对振动的关系
• 4.4 本章小结
• 第五章 全文总结
• 参考文献
• 附录1 留数求解模态参与因子值Matlab程序
• 附录2 模态叠加法求解模态参与因子值Matlab程序
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的学术论文