(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 202111367888.9 (22)申请日 2021.11.18 (71)申请人 中车长春轨道客车股份有限公司 地址 130000 吉林省长 春市绿园区长客路 2001号 (72)发明人 丁鑫　王洪权　李永生　马晓龙　 (74)专利代理 机构 北京超凡宏宇专利代理事务 所(特殊普通 合伙) 11463 代理人 彭星 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种高速列车异常振动分析方法、 装置、 设 备及存储介质 (57)摘要 本申请提供了一种高速列车异常振动分析 方法、 装置、 设备及存储介质， 应用于轨道交通技 术领域， 上述方法包括： 构建车辆 ‑轨道的有限元 模型， 能够 精准的分析出引起车辆发生异常振动 因素以及车辆与轨道相互作用下轨道的异常振 动的因素， 为车辆 ‑轨道动力学特性及振动机理 研究提供参考依据， 为轨道车辆异常振动测试提 供理论支撑， 促进轨道交通的运营安全； 根据异 常振动时刻车体模态数据的特征参数对车辆动 力学模型的材料性能参数进行修正， 修正后得到 车体有限元模 型； 首次提出了对 车辆有限元模型 进行修正的概念， 实现了技术上的新突破， 确保 耦合动力学模型在施加不平顺复杂激励下仿真 测试的准确度， 完善了车辆 ‑轨道耦合动力学模 型的力学分析流 程。 权利要求书3页 说明书13页 附图5页 CN 114065388 A 2022.02.18 CN 114065388 A 1.一种高速列车异常振动分析 方法， 其特 征在于， 包括： 构建车辆 ‑轨道耦合动力学模型， 所述车辆 ‑轨道耦合动力学模型包含： 车辆动力学模 型和轨道动力学模型； 对所述车辆 ‑轨道耦合动力学模型施加不平顺复杂轮轨激励， 确定复杂轮轨激励下车 辆产生异常振动时刻的车体模态数据， 所述复杂轮轨 激励包含轨道激扰和车辆 激扰； 根据所述异常振动时刻的车体模态数据的特征参数对车辆动力学模型的材料性能参 数进行修正， 修正后得到车体有限元模 型， 并将所述车体有限元模型输入到所述车辆 ‑轨道 耦合动力学模型中； 将所述复杂轮轨激励输入到新后的所述车辆 ‑轨道耦合动力学模型中， 按照车辆测试 的初始条件， 确定车辆产生异常振动时刻的共振测试数据， 所述初始条件包含运行速度、 加 速度、 牵引制动操作模式； 根据车辆发生异常振动时刻的共振测试数据， 确定所述轨道动力学模型的不平顺激扰 信息， 以及所述车辆动力学模型异常振动时刻的时频特性信息， 共振测试数据包含： 轨道共 振数据和车辆共 振数据； 根据所述轨道动力学模型的不平顺激扰信息和所述车辆动力学模型异常振动时刻的 时频特性信息， 分析施加不平顺复杂轮轨 激励对车辆共 振传递数据及车辆异常共 振数据。 2.根据权利要求1所述的高速动列车异常振动分析方法， 其特征在于， 构建车辆 ‑轨道 耦合动力学模型， 所述车辆 ‑轨道耦合动力学模型包含： 车辆动力学模型和轨道动力学模 型， 包括： 根据测试车辆实 际尺寸和车辆的部件质量参数、 转动惯量参数及悬挂元件参数， 构建 所述车辆动力学模型， 其中， 所述车辆的部件质量参数包含车体质量参数、 转向架质量参 数、 轮轨对质量参数、 轮轴箱质量参数， 所述悬挂元件参数包含悬挂位置参数、 刚度参数、 减 振器阻尼参数； 根据轨道实际尺寸构建轨道动力学模型， 其中， 轨道的各动力参数包含： 胶垫刚度参 数、 减振器阻尼参数、 扣件间距参数； 根据所述车辆动力学模型和所述轨道动力学模型， 构建车辆 ‑轨道耦合动力学模型， 并 且所述车辆动力学模型通过悬挂机构和轮轨与所述轨道动力学模型相互作用， 实现二者耦 合。 3.根据权利要求1所述的高速列车异常振动分析方法， 其特征在于， 对所述车辆 ‑轨道 耦合动力学模型施加不平顺复杂轮轨激励， 确定复杂轮轨激励下车辆产生异常振动时刻的 车体模态数据， 所述复杂轮轨 激励包含轨道激扰和车辆 激扰， 包括： 利用MATLAB程序文件根据不平顺数据编写不平顺施加指令； 根据编写好的所述不平顺施加指令对所述车辆 ‑轨道耦合动力学模型施加不平顺复杂 轮轨激励； 施载不平顺复杂轮轨激励后， 所述车辆动力学模型通过车辆的悬挂机构和轮轨与 所述 轨道动力学模型之 间相互作用， 确定复杂轮轨激励下车辆产生异常振动时刻的车体模态数 据。 4.根据权利要求1所述的高速列车异常振动分析方法， 其特征在于， 根据 所述异常振动 时刻的车体模态数据的特征参数对车辆动力学模型的材料性能参数进 行修正， 修正后得到权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114065388 A 2车体有限元模型， 并将所述车体有限元模型输入到所述车辆 ‑轨道耦合动力学模型中， 包 括： 将所述异常振动时刻车体模态数据的特征参数输入到所述车辆动力学模型中， 所述异 常振动时刻车体模态数据的特征参数包含： 测点布置参数、 重复测量参数、 车辆激扰振点参 数、 轨道激扰振点 参数； 根据多岛遗传算法， 计算所述异常振动时刻车体模态数据的特征参数与所述车辆动力 学模型的材 料性能参数的灵敏度最小值， 并确定 灵敏度最小值 为模态差异值； 根据迭代优化算法， 运用所述模态差异值对所述车辆动力学模型的材料性能参数进行 修正， 修正后得到车体有限元模型； 将修正后的所述车体有限元模型输入到所述车辆 ‑轨道耦合动力学模型中， 得到新的 所述车辆 ‑轨道耦合动力学模型。 5.根据权利要求1所述的高速列车异常振动分析方法， 其特征在于， 将所述复杂轮轨激 励输入到新的所述车辆 ‑轨道耦合动力学模型中， 按照车辆测试的初始条件， 确定车辆产生 异常振动时刻的共振测试数据， 所述初始条件包含运行速度、 加速度、 牵引制动操作模式， 包括： 按照车辆测试的初始条件， 根据轮轨轴箱 的加速度和位移所产生的轨道激扰， 确定车 辆产生异常振动时刻的轨道共振数据， 所述轨道共振数据的类型包含： 轨道沉降数据、 轨道 板脱空数据、 钢轨焊接数据； 按照车辆测试的初始条件， 根据车辆各部件振动频率和振动 时长所产生的车辆激扰， 确定车辆产生异常振动时刻的车辆共振数据， 所述车辆共振数据的类型包含： 车轮凹形磨 耗、 车轮多边形磨损、 车轮擦伤。 6.根据权利要求1所述的高速列车异常振动分析方法， 其特征在于， 根据 车辆发生异常 振动时刻的共振测试数据， 确定所述轨道动力学模型 的不平顺激扰信息， 以及所述车辆动 力学模型异常振动时刻的时频 特性信息， 包括： 将所述轨道共 振数据和所述车辆共 振数据输入到所述车辆 ‑轨道耦合动力学模型中； 当不平顺复杂轮轨激励相近时， 按照所述车辆 ‑轨道耦合动力学模型的车辆幅频特性 及车线耦合振 幅特性， 确定所述轨道动力学模型 的不平顺激扰信息、 以及所述车辆动力学 模型异常振动时刻的时频 特性信息 。 7.根据权利要求1所述的高速列车异常振动分析方法， 其特征在于， 根据 所述轨道动力 学模型的不平顺激扰信息和所述车辆动力学模 型异常振动时刻的时频特性信息， 分析施加 不平顺轮轨 激励对车辆共 振传递数据及车辆异常共 振数据， 包括： 将多种类型的不平顺激扰信 息及多种类型异常振动时刻的时频特性信 息进行融合， 融 合后得到多种类型的轮轨 激扰； 将所述多种类型的不平顺轮轨激扰输入到所述车辆 ‑轨道耦合动力学模型中， 分析多 种不同类型的不平顺轮轨 激励对车辆共 振传递数据及车辆异常共 振数据。 8.一种高速列车异常振动分析装置， 其特 征在于， 所述装置包括： 耦合模块， 用于构建车辆 ‑轨道耦合动力学模型， 所述车辆 ‑轨道耦合动力学模型包含： 车辆动力学模型和轨道动力学模型； 加载模块， 用于对所述车辆 ‑轨道耦合动力学模型施加不平顺复杂轮轨激励， 确定复杂权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114065388 A 3