(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210667195.X (22)申请日 2022.06.13 (71)申请人 西南交通大 学 地址 610000 四川省成 都市二环路北一段 (72)发明人 吴兴文　刘开成　刘阳　任愈　 梁树林　池茂儒　温泽峰　陈建政　 肖新标　金学松　 (74)专利代理 机构 成都时誉知识产权代理事务 所(普通合伙) 5125 0 专利代理师 李春彦 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种转向架服役振动环境再现方法 (57)摘要 本发明公开了一种转向架服役振动环境再 现方法， 包括如下步骤： 基于车辆各部件质量参 数、 悬挂参数和定位参数， 建立多刚体车辆动力 学模型， 将多刚体车辆动力学模 型的轴箱与激振 台连接， 完成刚柔耦合车辆系统动力学模型的搭 建； 将实测的轴箱三向加速度输入刚柔耦合车辆 系统动力学模 型， 对激振台输入和输入加速度相 关的初始力进行驱动， 得到激振台的加速度； 根 据得到的激振台的加速度与实测的轴箱加速度 的差值， 将 差值作为负反馈对激振台的驱动力进 行调整， 利用模态应力恢复法， 得到转向架柔性 体的随时间的变化的应力分布云图， 通过应力分 布云图和应力响应， 识别出结构薄弱位置； 对结 构薄弱位置进行疲劳寿命校核， 并进行结构优 化。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 114970040 A 2022.08.30 CN 114970040 A 1.一种转向架服役振动环境再现方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤一， 基于车辆各部件质量参数、 悬挂参数和定位参数， 建立多刚体车辆动力学模 型， 基于有限元模型， 利用模态分析以及子结构缩减方法， 建立转向架部件可变形的柔性 体； 建立一个激振台， 将多刚体车辆动力学模型的轴箱与激振台连接， 完成 刚柔耦合车辆系 统动力学模型的搭建； 步骤二， 将实测的轴箱三向加速度输入刚柔耦合车辆系统动力学模型， 对激振台输入 和输入加速度相关的初始力进行驱动， 得到 激振台的加速度； 步骤三， 根据得到的激振台的加速度与实测的轴箱加速度的差值， 将差值作为负反馈 对激振台的驱动力进行调整， 直到激振台的加速度与实测的轴箱加速度一致， 则进入步骤 四； 步骤四， 利用模态应力恢 复法， 将柔性体上任意节点处 的应力时间历程输出， 得到转向 架结构的应力 响应， 并得到转向架柔性体的随时间的变化的应力 分布云图， 通过应力 分布 云图和应力响应， 识别出结构应力大于材料屈 服强度或应力幅大于材料疲劳极限的位置， 该位置则为结构薄弱位置； 步骤五， 对结构薄弱位置， 根据结构疲劳的时域法或频域法， 对结构薄弱位置进行疲劳 寿命校核， 对不满足疲劳寿命的位置进行 结构优化。 2.根据权利要求1所述的一种转向架服役振动环境再现方法， 其特征在于， 所述的基于 车辆各部件质量 参数、 悬挂 参数和定位 参数， 建立多刚体车辆动力学模型， 包括： 所述的质量参数为车辆结构各部件的质量、 质心位置、 转动惯量； 悬挂参数为车辆悬挂 系统中钢弹簧、 减振器的刚度、 阻尼； 定位参数为车辆系统中各个部件的相互位置关系， 根 据质量参数、 悬挂参数和定位参数， 建立车辆各个部件的体并赋予相应的参数； 根据各个部 件连接关系， 建立代表各个部件之 间相对自由度的铰接 关系； 根据悬挂元件参数， 建立力元 模拟悬挂元件的刚度和阻尼， 完成车辆系统模型的搭建。 3.根据权利要求2所述的一种转向架服役振动环境再现方法， 其特征在于， 所述的基于 转向架结构建立有限元模型， 利用模态分析以及子结构缩减方法， 建立转向架部件可变形 的柔性体， 包括利用模态分析得到转向架部件的模态频率、 模态振型， 再根据子结构缩减方 法， 得到模型缩 减自由度后的子结构文件， 以子结构文件建立 转向架部件可变形的柔 性体。 4.根据权利要求1所述的一种转向架服役振动环境再现方法， 其特征在于， 所述的将 实 测的轴箱三向加速度输入刚柔耦合车辆系统动力学模型， 对激振台输入和输入加速度相关 的初始力进 行驱动， 得到激振台的加速度， 包括如下过程： 输入实测的加速度a， 取放大系数 m， 得到初始驱动力F＝ma， 将力F作用在激振台上， 得到 激振台的加速度。 5.根据权利要求1所述的一种转向架服役振动环境再现方法， 其特征在于， 所述的对结 构薄弱位置， 根据结构疲劳的时域法或频域法， 对 结构薄弱位置进 行疲劳寿命校核， 对不满 足疲劳寿命的位置进行结构优， 包括， 根据结构薄弱位置应力响应， 利用Welch法计算应力 响应信号的功率谱密度， 再根据功率谱密度计算结构薄弱位置谱矩， 根据dirlik法结合谱 矩计算带宽因子， 结合结构薄弱位置的SN曲线， 计算薄弱位置处的损伤， 根据损伤值大小判 断结构寿命是否满足要求， 实现对结构薄弱位置的疲劳寿命校核。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114970040 A 2一种转向架服役振动环境再 现方法 技术领域 [0001]本发明涉及轨道车辆领域， 具体是一种转向架服役振动环境再现方法。 背景技术 [0002]现有的铁道 车辆转向架结构设计方法， 主要是根据EN13749\IEC61373等标准中规 定的载荷， 对结构进 行静强度、 疲劳强度进 行校核， 从而根据强度计算结果对结构进 行优化 设计。 比如转向架构架， 通常采用EN 13749等标准， 将构架各个接口处的载荷 进行组合加载， 进行静强度和疲劳强度分析； 而转向架附属结构， 如构架端部的天线梁、 轴箱上的撒沙装置 等， 一般采用IE C61373规定的振动载荷谱进行随机振动疲劳强度校核。 [0003]然而， EN13749规定的准静态的疲劳强度载荷并未考虑载荷频率对结构的影响， 而 IEC61373规定的振动谱与转向架实际服役环 境的振动差异较大， 不能准确反映高频振动载 荷。 发明内容 [0004]本发明的目的在于克服现有技术的不足， 提供一种转向架服役振动环境再现方 法， 包括如下步骤： [0005]步骤一， 基于车辆各部件质量参数、 悬挂参数和定位参数， 建立多刚体车辆动力学 模型， 基于有限元模 型， 利用模态分析以及子结构缩减方法， 建立转向架部件可变形的柔性 体； 建立一个激振台， 将多刚体车辆动力学模型的轴箱与激振台连接， 完成 刚柔耦合车辆系 统动力学模型的搭建； [0006]步骤二， 将实测的轴箱三向加速度输入刚柔耦合车辆系统动力学模型， 对激振台 输入和输入加速度相关的初始力进行驱动， 得到 激振台的加速度； [0007]步骤三， 根据得到 的激振台的加速度与实测的轴箱加速度的差值， 将差值作为负 反馈对激振台的驱动力进行调整， 直到激振台的加速度与实测的轴箱加速度一致， 则进入 步骤四； [0008]步骤四， 利用模态应力恢复法， 将柔性体上任意节点 处的应力时间历程输出， 得到 转向架结构的应力响应， 并得到转向架柔性体的随时间的变化的应力 分布云图， 通过应力 分布云图和应力响应， 识别出结构 应力大于材料屈服 强度或应力幅大于材料疲劳极限的位 置， 该位置则为结构薄弱位置； [0009]步骤五， 对结构薄弱位置， 根据结构疲劳的时域法或频域法， 对结构薄弱位置进行 疲劳寿命校核， 对不满足疲劳寿命的位置进行 结构优化。 [0010]进一步的， 所述的基于车辆各部件质量参数、 悬挂参数和定位参数， 建立多刚体车 辆动力学模型， 包括： [0011]所述的质量参数为车辆结构各部件的质量、 质心位置、 转动惯量； 悬挂参数为车辆 悬挂系统中钢弹簧、 减振器的刚度、 阻尼； 定位参数为车辆系统中各个部件的相互位置关 系， 根据质量参数、 悬挂参数和定位参数， 建立车辆各个部件的体并赋予相应的参数； 根据说　明　书 1/4 页 3 CN 114970040 A 3