(19)中华 人民共和国 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 202111399911.2 (22)申请日 2021.11.19 (71)申请人 中车南京浦镇车辆有限公司 地址 210031 江苏省南京市高新 技术产业 开发区泰山园区浦珠北路68号 (72)发明人 金鑫　贾小平　徐步震　朱程　 杨陈　戎芳明　李雨晗　李龙涛　 (74)专利代理 机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 代理人 徐尔东 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于动应力、 振动和OMA综合分析判断 构架模态共 振方法 (57)摘要 本发明涉及一种基于动应力、 振动和OMA综 合分析判断构架模态共振 方法， 基于地铁车辆转 向架构架动应力时频分析、 振动加速度分析和 OMA分析， 综合判断地铁转向架构架在运用中是 否发生局部模态共 振。 权利要求书3页 说明书8页 附图2页 CN 114065540 A 2022.02.18 CN 114065540 A 1.一种基于动应力、 振动和OMA综合分析判断构架模态共振方法， 其特征在于： 具体包 括以下步骤： 步骤S1： 在待测试转向架的轴箱、 大质量设备以及安装座上安装用于振动加速度测试 的振动加速度计； 步骤S2： 选取待测试转向架上应力以及应力梯度数值均大的部位， 安装用于动应力测 试的动应力贴片； 步骤S3： 结合构架模态仿真结果及相关结构模态测试经验， 选取待测试转向架上具有 典型模态振型的位置安装用于OMA测试的振动加速度计； 步骤S4： 对待测试转向架所在车辆进行载重模拟， 选取其载重对应运营时间段， 在车辆 运行过程中采集步骤S1至步骤S 3中布置的用于振动加速度测试的振动加速度计、 用于动应 力测试的动应力贴片以及用于OMA测试的振动加速度计的数据； 步骤S5： 分析待测试转向架的轴箱振动加速度， 对轴箱振动加速度时域信号进行傅里 叶变换， 得到功率谱密度 ‑频率信号； 步骤S6： 分析待测试转向架的应力测试数据， 采用Miner线性疲劳累计损伤法则和S ‑N 曲线计算各测点的等效应力幅， 对等效应力幅值大的应力测点的应力数据进行时频分析； 步骤S7： 分析待测试转向架的OMA测试数据， 采用增 强型频域分解方法、 随机子空间方 法以及多参考点无限长脉冲响应滤波算法进行联合分析， 由测试数据中提取模态参数， 所 述的模态参数包括频率、 阻尼以及振型， 即为待测试转向架各阶模态频率和模态振型； 步骤S8： 步骤S5中获取待测试转向架的轴箱振动加速度的能量峰值对应的频率为M1， 步骤S6中获取等效应力幅值大的应力测点的明显主 频M2， 步骤S7中获取等效应力幅值大的 应力测点产生大应力的模态振型的对应频率M 3； 步骤S9： 将M1、 M2以及M3进行数值比较， 若满足如下条件， 即判断待测试转向架在线路 运行中发生模态共 振， 具体为 2.根据权利要求1所述的基于动应力、 振动和OMA综合分析判断构架模态共振方法， 其 特征在于： 步骤S3中， 安装的用于 OMA测试的振动加速度计包括若干个， 若干个用于 OMA测试 的振动加速度计涵盖待测试转向架100Hz内所有弹性模态振型， 且每阶模态振型均为唯一 区分； 具体的， 在待测试转向架的侧梁、 横梁、 端梁以及相邻结构的交接处， 相邻加速度计之 间的距离为0.5m。 3.根据权利要求2所述的基于动应力、 振动和OMA综合分析判断构架模态共振方法， 其 特征在于： 步骤S3中， 进行OMA测试时， 采用车辆运行过程中的轮轨激励源激励待测试转 向 架， 测量激励引起的待测试转向架振动响应。 4.根据权利要求1所述的基于动应力、 振动和OMA综合分析判断构架模态共振方法， 其 特征在于： 步骤S4中对待测试转向架所在车辆进行载重模拟的具体方法为， 对待测试转向 架所在的车辆进行添加沙袋， 车辆载重达到C1或C2， 选取其载重对应运营时间段， 在线路运权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114065540 A 2行过程中采集 步骤S1至步骤S3所布应 变片和加速度计的数据； 其中， 车辆 载重达到C1的配重方式为： 每个座位一名乘客， 乘客质量为80kg， 在走廊和门 廊中每平方米有4 ‑10名乘客， 每平方米行李间载重 300kg； 车辆载重达到C2的配重方式为： 每个座位一名乘客， 乘客质量为80kg， 在走廊和门廊中 每平方米有2 ‑4名乘客， 每平方米行李间载重 300kg。 5.根据权利要求1所述的基于动应力、 振动和OMA综合分析判断构架模态共振方法， 其 特征在于： 步骤S5中， 待测试转向架的轴箱振动加速度时域信号是 连续时间非周期性信号， 实际的应用中能够采集到的是 连续信号的离 散采样值x(n)， 对其进行傅里叶变换， 其中， n＝0,1,…， N‑1， j为虚数 单位， 得到功率谱密度 ‑频率信号。 6.根据权利要求1所述的基于动应力、 振动和OMA综合分析判断构架模态共振方法， 其 特征在于： 步骤S6中分析待测试转向架的应力测试数据采用Miner线性疲劳累计损伤法则 和S‑N曲线计算各测点的等效应力幅σaeq， 其中， 由Miner线性疲劳累计损伤法则， 计算测试 一个应力谱的实测公里 数L1内产生的损伤公式为 设等效应力幅作用若干次， 待测试转向架产生的损伤公式为 设产生损伤的安全运行 里程为L公里， 则 将公式(6.1)、 公式(6.2)代入公式(6.3)， 得 出 最终得到等效应力幅； 其中， L1为一个应力谱的实测公里数， 一般情况下是动应力测试的总里程； D1为L1公里 内一个应力谱产生的损伤； L为设定产生损伤的安全运行里程数， 即为待测试转向架总里 程； N为公式(6.2)中设定的等效应力幅作用的次数， 即为疲劳极限所对应的循环数； D为公 式(6.2)中待测试转向架产生的损伤； ni为各级应力水平对应的应力循环次数； m为S ‑N曲线 的指数， 铸钢材 料取6.5， 焊接 接头取3.5； σ‑1ai为各级应力水平的幅值。 7.根据权利要求6所述的基于动应力、 振动和OMA综合分析判断构架模态共振方法， 其 特征在于： 通过前述获得 的等效应力幅值大 的应力测 点的应力时域数据， 所述等效应力幅 值大的应力测 点即为危险位置测点， 每隔固定的一段时间进行一次傅里叶变换， 得到动应 力频率随时间变换的曲线， 并连续得显示在一张图中， 获取其全程主频。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114065540 A 3