论文部分内容阅读
利用准确的车体有限元模型预测高速列车的模态参数、改善其运行性能是车体结构设计的一项主要工作,但铝合金车体的有限元仿真模型不可避免地存在误差。为确保车体有限元模型准确有效,同时也为后续的车体结构设计和优化提供可靠的数学基础,本文基于灵敏度分析理论,系统地研究了高速列车铝合金车体模型的修正方法,主要研究内容如下:首先,研究结构模态频率和振型相关性系数灵敏度的分析方法,讨论了结构振型变化对模态特征值灵敏度分析精度的影响,推导了振型变化影响下的模态频率和振型相关性系数的灵敏度计算方法。针对车体有限元模型设计参数的多样性,采用参数变化比代替各设计参数的绝对物理量,统一了模态参数对设计参数灵敏度的量纲和量级。基于统一度量的灵敏度方法,获取了铝合金车体一阶菱形、一阶垂弯、一阶扭转和一阶横弯四阶典型模态频率对13项模型设计参数的灵敏度值。其次,研究了高速列车车体模态测试方法和步骤,在0-50Hz频率范围内识别了铝合金车体的弹性模态参数;采用有限元方法计算车体模型在0-50Hz范围内的各阶仿真模态参数。利用模态频率误差和振型相关性系数建立车体模型模态匹配准则和精度判定准则,结合车体仿真模态参数与实测值的误差关系,判定了车体有限元模型的精度。再次,根据各设计参数变化比的灵敏度分析结果筛选有限元模型修正参数,将模态频率误差和振型相关性系数MAC的相关项作为模型修正的目标,建立了车体有限元模型修正的多目标函数。推导了 Tikhonov正则化方法理论并给出了详细的求解步骤,解决了最小二乘法在模型修正求解中的缺陷。然后,通过正则化方法约束求解车体模型修正的多目标函数,研究车体模型修正目标函数随模型修正优化求解的收敛趋势。基于车体模型模态匹配准则和精度判定准则,验证修正后车体模型的模态精度。归纳修正后模型各设计参数值,确保修正后参数符合实际范围具有物理意义。最后,研究修正目标量的权重系数比(λMAC:λf)、车体模型初始误差程度、修正模态参数的非完备性三项因素对车体模型修正的影响。从模型修正效率、修正后车体模型的模态参数精度、修正后车体模型的设计参数精度三个方面,总结各因素对车体模型修正的影响规律。