论文题目: 基于运行模态识别的铁路客车动力学特性研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 车辆工程
作者: 张洪
导师: 杨国桢,沈钢
关键词: 铁路客车,工作模态,模态参数,物理参数,参数辨识,动力学特性
文献来源: 同济大学
发表年度: 2005
论文摘要: 根据我国综合交通体系的基本规划，中国铁路将成为中国综合交通大能力运输的骨干通道，并与公路、水路、航空和管道运输能力协调发展。铁道部为此提出了中国铁路跨越式发展的基本思路，2004年国家发展改革委员会以交运[2004]159号文件颁布了“中长期铁路网规划”，详细规划了铁路未来发展要求。在未来铁路大提速中，将对客运车辆提出更高的要求，铁路客车动力学特性研究如何更好的适应铁路的发展以及如何提供最佳的技术支持，将面临更为艰巨的任务。 为满足铁路快速发展的需要，充实铁路实用化技术的研究具有重要意义。本文在铁路客车实测试验的基础上，采用试验测试和样机分析相结合的方法综合研究铁路客车动力学问题，提出适合铁路客车动态特性研究的环境激励下的模态参数辨识方法，建立铁路客车运行特性和运行模态参数的关系，探索这些理论和方法在铁路客车的正确应用。 首次提出了运用试验模态及计算模态分析相结合的机车车辆综合性能研究方法。该方法将机车车辆的数字样机与真实样机通过实测试验及工作模态的分析技术联系起来，综合利用动力学性能预测结果与实测试验数据，探讨提高动态性能的途径，通过试验模态分析和频谱分析等手段，达到完善和改进客车振动性能的目的。 论文对环境激励下的多种模态参数辨识方法的特点、辨识能力和辨识效果进行了比较，结合铁路客车的结构和振动特点，选择了NExT法和SSI法两种环境激励模态参数辨识法，应用于铁路客车在运行工况下振动性能的研究。 基于Matlab／Symbol模块的开发环境，编写并生成客车垂向及横向振动的符号化动力学方程，将动力学方程转化为状态方程后，用于本文模态参数的计算分析研究。 针对环境激励下的模态参数辨识的特点，制定了试验台试验测试方案。选取了典型的铁路客车进行振动试验，运用SSI算法、直接子空间法和计算模态参数的分析比较，验证了环境激励下模态辨识方法的可行性和有效性。 制定详细试验方案，在线路运行工况下，对铁路主型提速客车进行测试，获取了几种车型的运行振动响应，运用环境激励下模态参数辨识算法，对所测
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同济大学学位论文原创性声明
摘要
ABSTRACT
符号说明
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究动态
1.2.1 基础理论研究
1.2.2 数字样机分析
1.2.3 试验测试研究
1.2.4 综合性能研究
1.3 本文主要研究内容
第2章 基于运行工况下铁路客车模态参数的辨识方法
2.1 模态参数辨识方法选择
2.1.1 模态参数辨识方法的特点
2.1.2 铁路客车模态分析的特点
2.2 NExT辨识算法
2.2.1 NExT辨识算法的基本原理
2.2.2 NExT/ITD辨识算法
2.2.3 NExT/ERA辨识算法
2.3 SSI随机子空间法
2.3.1 状态方程描述
2.3.2 参数辨识
2.4 本章小结
第3章 铁路客车动力学数学模型及计算模态分析
3.1 铁路客车垂向动力学模型
3.2 铁路客车横向动力学模型
3.3 计算模态分析
3.4 本章小结
第4章 提速客车试验台模态参数辨识试验
4.1 试验客车和试验方案
4.2 试验测试系统
4.3 试验室测试客车振动响应的特点
4.3.1 轨道谱激励输入条件下振动响应
4.3.2 白噪声输入条件下振动响应
4.4 试验模态分析方法与数值算例
4.4.1 子空间直接辨识算法
4.4.2 数值算例
4.5 环境激励下的模态参数辨识方法验证
4.5.1 试验客车的模态参数理论计算值
4.5.2 子空间直接辨识算法的结果分析
4.5.3 环境激励下模态参数辨识法的结果分析
4.5.4 不同辨识方法辨识结果的比较
4.6 本章小结
第5章 运行工况下铁路客车模态参数辨识试验
5.1 试验客车和测点布置
5.1.1 试验测试客车的选择
5.1.2 试验测试客车测点布置
5.1.3 试验测试系统
5.2 试验结果及分析
5.2.1 装用SW160转向架客车运行工况下模态参数辨识结果及分析
5.2.2 装用209HS转向架客车运行工况下模态参数辨识结果及分析
5.2.3 装用SW20K转向架客车运行工况下模态参数辨识结果及分析
5.3 本章小结
第6章 铁路客车模态参数应用分析
6.1 试验测试的铁路客车模态参数构成现状和性能分析
6.1.1 铁路客车试验模态参数通用特点分析
6.1.2 试验客车垂向模态参数应用分析
6.1.3 试验客车横向模态参数应用分析
6.2 关于铁路客车自激振动的讨论
6.2.1 铁路客车自激振动的概念
6.2.2 模态参数与自激振动分析讨论
6.3 本章小结
第7章 铁路客车运行平稳性与模态参数
7.1 铁路客车运行平稳性协方差分析法
7.1.1 白噪声不平顺信号输入时的系统响应
7.1.2 成型滤波器设计
7.1.3 轮轴时延模型
7.1.4 感觉滤波器设计
7.1.5 平稳性指标及协方差计算
7.2 铁路客车运行平稳性与模态参数的关系
7.2.1 垂向平稳性与模态参数的关系
7.2.2 横向平稳性与模态参数的关系
7.3 本章小结
第8章 结论和展望
8.1 研究的主要内容和结论
8.2 本文主要贡献和创新点
8.3 展望
致谢
参考文献
附录 A装用 SW160原型转向架客车的动力学参数表
附录 B装用 SW220K转向架硬卧客车的动力学参数表
个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果
发布时间: 2006-12-31
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