基于模态分析的列车轮对结构优化研究

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1、分类号______________________________密级______________________________ＵＤＣ______________________________编号______________________________硕士学位论文基于模态分析的列车轮对结构优化研究学位申请人：江炜文学位学科：交通运输工程指导老师：周建民教授副指导老师：谢锋云副教授答辩日期：2018年5月27日独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表和

2、撰写的研究成果，也不包含为获得华东交通大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人签名_______________日期____________关于论文使用授权的说明本人完全了解华东交通大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。保密的论文在解密后遵守此规定，本论文无保密内容。本人签名____________导师签名__________日期_________摘要基于模态分析的

3、列车轮对结构优化研究摘要铁路发展受到国家高度重视，已经成为我国综合国力的重要象征，也是我国在国际竞争中的主要发展优势，随着列车速度不断提升，列车平稳运行越来越受关注。轮对作为列车转向架的重要组成部分，在列车运行过程中，承担着导向、承载等重要作用，它的稳定性直接影响列车平稳运行，所以研究轮对的结构特性并优化其结构参数十分必要。为了有效研究轮对结构性能，本文以CRH380列车1:2的轮对模型作为研究对象，构建轮对的有限元模型，进行有限元模态分析，结合试验模态分析结果修正有限元模型，在模型可靠的基础上，对轮对结构尺寸进行优化。首先根据轮对模型实际尺寸在SolidWorks中建立几何三维

4、模型，再导入ANSYS中，设置材料参数并划分网格，建立轮对有限元模型，再进行有限元模态分析，得到轮对的仿真模态参数。其次搭建模态实验系统，采集轮对试验模态数据，利用力锤激励作为系统的输入信号，加速度传感器测量轮对响应加速度信号，数据采集器采集，获得轮对的输出响应信号。然后对采集信号进行预处理以及模态参数识别，先对原始信号进行滤波，通过希尔伯特黄变换（HHT）得到模态参数，该变换分为两步，先进行经验模态分解（EMD），再进行希尔伯特变换，通过添加带通滤波器避免EMD分解出现混叠现象，结果表明，改进后的EMD分解能有效分解响应信号，获得轮对实际模态参数。通过仿真与试验分析结果对比，修

5、正轮对有限元模型，提高轮对模型的可靠性。经过模型的修正后，可以将实验与仿真结果的误差控制在5%以内，从而验证了模型的可靠性，为后续轮对结构优化提供前提条件。最后优化轮对结构，在轮对模型可靠的基础上，考虑轮对质量、变形、所受应力等因素，对轮轴总长度、车轮直径、车轮宽度进行结构优化，结果表明，优化后的轮对质量减轻了11.495%，总体变形量减小了16.6%，最大等效应力也下降了4.87%，从而降低了轮对的制造成本，提高了运行的稳定性，降低了疲劳损伤的程度。关键字：轮对，模态分析，HHT变换，EMD分解，结构优化IAbstractSTRUCTURALOPTIMIZATIONOFTRAI

6、NWHEELSETBASEDONMODALANALYSISABSTRACTDevelopmentofrailwayhasbeenhighlyvaluedbythestate.RailwayhasbecomeanimportantsymbolofChina'scomprehensivenationalstrengthandthemaindevelopmentadvantageofourcountryininternationalcompetition.Withthecontinuousimprovementofspeed,moreandmoreattentionhasbeenpai

7、dtothesmoothrunningoftrain.Asanimportantpartofthetrainbogie,thewheelpairbearstheimportantroleofguidanceandbearingduringthetrainoperation.Thestabilityofwheelsetdirectlyaffectsthesmoothrunningoftrain,soitisnecessarytostudythestructuralcharacter