轨道车辆车门运行模态分析方法研究

摘要

近些年来，我国高速铁路及高速列车的发展十分迅速，现有的及再建的高铁线路覆盖面较广、效应十分大；随着铁路线路的升级，对高速客车的安全性的关注也得到进一步相应的升级。由于车门的性能对列车运行中的密封性、噪声控制等有极大的影响，所以对高速客车的车门进行结构测试对乘客的安全及舒适度有非常积极的意义。在列车运行过程中，由于轨道不平顺、轮轨作用及外部环境(如隧道、会车)等激励，车门的振动情况相当复杂，一旦车门出现严重的结构损伤甚至脱落，这使乘客的安全受到极大威胁。运行模态分析可以在列车运行状态下，实时估计车门的模态参数，这不仅可以获得车门的振动特性而为之后的结构设计优化提供依据，更可以通过实时的模态参数得到车门的结构健康信息，及时防止由于车门故障而造成重大事故。本文利用根据自由振动的连续小波变换来实现模态分析，对辨识与估计高速运行状态下轨道车辆车门的模态参数方法进行了深入研究。本文核心内容为：
　　 简要的回顾模态分析的发展，并对模态分析的基础理论进行阐述分析，然后通过理论比较分析了传统试验模态分析方法和运行模态分析方法的优缺点。
　　 阐述连续小波变换的基本原理，对其时频分析特性进行了详细研究；并系统研究了小波基的选择问题，最终利用综合定量考虑能量和香农熵的小波基选择方法，即能量-香农熵比准则来确定后续模态分析方法中的小波基的选择，并利用高斯调制信号对此准则进行了验证分析。
　　 讨论了线性结构的自由振动响应的小波变换原理，为之后模态参数分析提供理论支持，并对小波脊线的物理意义及获取方法进行了详细阐述和验证；利用有限元方法对悬臂梁求取其模态参数，然后使用悬臂梁有限元模型在环境激励下的仿真数据，对基于连续小波变换的模态解耦方法进行了比较与验证。
　　 分别利用IDT法和小波方法对高速列车车门估计其模态固有频率、模态阻尼比和模态振型，对两种方法进行了比较分析；研究结果表明小波变换非常适用于高速列车车门的模态参数识别。