(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 202211263791.8 (22)申请日 2022.10.17 (71)申请人 中国铁路 设计集团有限公司 地址 300308 天津市滨 海新区自贸试验区 （空港经济区） 东七道109号 (72)发明人 何宾　刘冀钊　齐春雨　胡文林　 姜博龙　王少林　陈江雪　宋哲男　 杨贵生　谭大正　程保青　 (74)专利代理 机构 天津赛凌知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 12270 专利代理师 李蕊 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 17/12(2006.01) G06F 111/04(2020.01)G06F 119/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种车辆段振动噪声仿真荷载实现方法 (57)摘要 本发明公开了一种车辆段振动噪声仿真荷 载实现方法， 包括以下步骤： 得到钢轨加速度的 实测值和传播路径加速度的实测值； 将钢轨加速 度的实测值开展为多重频率正弦函数和余弦函 数构成的无穷级数， 得到预处理后的钢轨加速 度； 建立车体和悬挂系统的运动平衡方程； 求解 所述的运动平衡方程， 运用达朗贝尔原理， 将运 动平衡方程转化为静力平衡方程， 求解转向架荷 载； 将列车相关参数带入转向架荷载表达式中， 修正转向架振动荷载， 得到沿轨道纵向均匀分布 的均布荷载； 建立有限元仿真分析模型， 修正均 布荷载， 得到车辆段振动噪声仿真荷载。 本发明 可准确计算加速、 减速状态下的荷载， 模拟工况 更为全面， 计算结果更为 准确。 权利要求书2页 说明书5页 附图4页 CN 115358130 A 2022.11.18 CN 115358130 A 1.一种车辆段振动噪声仿真荷载实现方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤S1、 获取轨道系统钢轨跨中位置和振动传播路径上的垂向加速度， 分别得到钢轨 加速度的实测值和传播路径加速度的实测值； 步骤S2、 将步骤S1得到的钢轨加速度的实测值进行小波分解， 过滤信号 高频噪声， 再重 构加速度时间历程信号， 用Fourier级数将重构后的加速度展开为多重频率正弦函数和余 弦函数构成的无穷级数， 得到预处 理后的钢轨加速度； 步骤S3、 简化列车一系、 二系悬挂系 统， 建立列车振动模型， 运用力的直接平衡法建立 地铁列车的车体和悬挂系统的运动平衡方程； 步骤S4、 建立约束条件， 构建车轮与钢轨的相对运动关系， 将步骤S2得到的预处理后的 钢轨加速度带入所述运动平衡方程中， 求解所述的运动平衡方程， 运用达朗贝尔原理， 将运 动平衡方程 转化为静力平衡方程， 求 解转向架荷载； 步骤S5、 将列车相关参数带入转向架荷载表达式中， 计算得到沿轨道纵向均匀分布 的 均布荷载； 步骤S6、 运用Midas或Ansys建立有限元仿真分析模型， 输入步骤S5得到的均布荷 载， 计 算测点加速度， 得到传播路径加速度的仿真值， 结合步骤S1得到的传播路径加速度的实测 值， 修正均布荷载， 得到车辆段振动噪声仿真荷载。 2.如权利要求1所述的车辆段振动噪声仿真荷载实现方法， 其特征在于， 所述步骤S1中 所述钢轨加速度的测点为建筑柱网主要受力柱垂 直断面， 振动传播路径上的垂向加速度为 传播路径加速度， 所述传播路径加速度的测点为从下往上依次为立柱、 盖上平台、 建筑， 所 述步骤S1中的传播路径加速度选取立柱加速度、 盖上平台加速度、 建筑加速度中的一种或 两种。 3.如权利要求1所述的车辆段振动噪声仿真荷载实现方法， 其特征在于， 钢轨加速度和 传播路径加速度的测试 频率≥20 0Hz。 4.如权利要求1所述的车辆段振动噪声仿真荷载实现方法， 其特征在于， 所述步骤S2中 的钢轨加速度为Acc( t)， 加速度时长为 t0， 采样间隔为 ， 则所述正弦函数、 余弦函数和无 穷级数展开公式为： ， ，  ， 式中，C1i为Fourier余弦系数， C2i为Fourier正弦系数， 为基准角频率， N为无 穷级数的有限表达数。 5.如权利要求1所述的车辆段振动噪声仿真荷载实现方法， 其特征在于， 所述步骤S3 中， 列车振动模型成立的约定为， 每节车厢经过时产生的振动是一致的， 轮轨力沿着轨道纵 向均匀分布， 一系悬挂、 二系悬挂均等效为 弹簧和阻尼单元， 一系质量、 二系质量、 车体质量权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115358130 A 2不考虑柔性变形， 均等效为刚体质量； 建立车体和悬挂系统的运动平衡方程 为： 式中，mi， i=2， 3， 分别表示二系质量和车体质量； ki，i=1， 2， 分别表示一系悬挂刚度和 二系悬挂刚度； ci，i=1， 2， 分别表示一系悬挂阻尼和二系悬挂阻尼； 为钢轨位移， 为 步骤S2得到的预处理后的钢轨加速度； ，i=1， 2， 3， 分别表示一系、 二系和车体的位移； ，i=2， 3， 分别表示 二系和车体的速度； ，i=1， 2， 3， 分别表示 一系、 二系和车体的加速度。 6.如权利要求1所述的车辆段振动噪声仿真荷载实现方法， 其特征在于， 所述步骤S4的 约束条件为， 轮轨状态满足限值要求且列车运行速度低于40km/h， 忽略车轮与钢轨之间的 弹跳， 则构建的车轮与钢轨的相对关系为一系的位移 ， 此时步骤S4的运动平衡方程未 知量降为2个， 代入步骤S2得到的预处理后的钢轨加速度， 求解得到二系位移 、 车体位移 。 7.如权利要求1所述的车辆段振动噪声仿真荷载实现方法， 其特征在于， 在所述的约束 条件下， 步骤S4的转向架荷载即为列车系统的反力， 其等于列车系统重力与列车系统振动 产生的动力之和： 式中，Frail为转向架荷载； g为重力加 速度；mi， i=1， 2， 3， 分别表示一系质量、 二系质量 和车体质量； ，i=1， 2， 3， 分别表示 一系、 二系和车体的加速度。 8.如权利要求1所述的车辆段振动噪声仿真荷载实现方法， 其特征在于， 所述步骤S5代 入车厢节数和列车长度， 计算得到列车在单位长度上的荷载， 引入荷载修正系数 k， 得到的 均布荷载表达式为： 式中，Frail为转向架荷载， 为荷载修正系数， 初始值为1， 为车厢节数， 为列车长 度， 将列车相关参数 带入转向架荷载表达式 中， 计算得到沿轨道纵向均匀分布的均布荷载。 9.如权利要求1所述的车辆段振动噪声仿真荷载实现方法， 其特征在于， 所述步骤S6实 现的具体流程为： 运用Midas或A nsys建立车辆段轨道 ‑环境地层‑地面建筑系统有限元仿 真 分析模型； 输入车辆参数， 根据均布荷载表达式， 计算均布荷载， 代入所述有限元仿真分析 模型计算得到传播路径加速度的仿真值； 建立修正条件， 对比传播路径加速度实测 值与仿 真值， 调整 值。 10.如权利要求9所述的车辆段振动噪声仿真荷载实现方法， 其特征在于， 当传播路径 加速度的仿 真值比传播路径加速度的实测值大时， 降低 k值； 反之， 增大 k值， 修正均布荷载； 当传播路径加速度的仿真值与实测值差距在10%以内时， 则得到车辆段振动噪声仿真荷载。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115358130 A 3