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近来，国内某型地铁车辆在实际运营过程中，发现车内地板、座椅等局部结构存在振动异常问题。针对这一问题，本文首先通过车辆线路试验，测试该型地铁车辆在上、下行全线运行时轴箱、构架端部、构架中部、底架空簧附近、车内地板、座椅等振动传递路径上关键部件及部位的振动加速度，通过时域指标统计分析、频谱分析、传递率分析等方法，分析车辆局部结构振动的时频特性，探究异常振动问题的根本原因。研究发现，车内各结构的确存在振动放大现象，振动频率主要集中在10Hz-80Hz范围内，且一系悬挂在15Hz-70Hz范围内振动衰减效果较弱。
随后，结合构架、车体、地板、座椅试验模态分析，进一步揭示车辆异常振动机理。研究发现，构架模态频率(37Hz、104Hz、127Hz、156Hz)与正线运行时振动主频(47Hz、59Hz、68Hz)不重合，表明传递至构架的振动在47Hz-68Hz较大，一系悬挂在该频段振动衰减较弱；地板局部一阶弯曲频率(30Hz)及座椅的一阶弯曲(41Hz)、二阶弯曲频率(62Hz)与正线运行时的振动峰值频率重合，表明传递至地板、座椅的振动引起了自身模态共振，并且频率分布在30Hz-60Hz。综上，地板、座椅异常振动的根本原因是在其模态频率处的轮轨激励未被一系悬挂有效衰减而引起模态共振。
为了从理论上研究一系悬挂参数对10Hz-80Hz振动传递的影响，基于一系垂向减振器的Maxwell积分型本构关系，建立6自由度铁道车辆垂向振动数学模型，利用拉氏变换及随机振动理论，得到轨道高低不平顺激励下车辆系统非扩阶传递函数和随机振动响应，并在此基础上得到构架端部振动响应功率谱密度。计算结果表明，一系垂向减振器阻尼系数越小，对10Hz以上的振动衰减作用越明显。然后建立车辆刚柔耦合多体动力学模型，并通过仿真计算分析不同速度下，一系垂向减振器阻尼系数对构架、车体振动响应的影响。仿真结果表明，当阻尼系数为5000Ns/m，构架端部在10Hz-65Hz的振动明显小于阻尼系数为其他值的振动，构架中部在20Hz-60Hz的振动明显较小，车体振动在35Hz-60Hz的振动较大改善。
基于以上对车辆结构异常振动原因分析及控制研究，为减小异常振动现象，分别从振动传递路径控制和受振体减振两方面入手，提出了如下优化方案：(1)将地铁车辆的一系垂向减振器阻尼系数由20000Ns/m降低为5000Ns/m。(2)在座椅与车体安装螺栓上加减振垫以衰减传递到座椅的振动；并在座椅下方及靠背加固横梁，以提高座椅的弯曲模态频率。
为验证优化方案的减振效果，对该型地铁车辆再次进行了正线试验。试验结果发现，在轴箱振动降低很小的情况下，构架测点振动加速度最大值、有效值在优化后下降15-20%左右；底架空簧附近测点振动加速度最大值、有效值在优化后下降15-20%左右；地板测点振动加速度最大值在优化后下降30%左右，有效值下降10%左右；座椅测点振动加速度最大值、有效值在优化后下降50%左右，振动降低十分显著；扶手测点振动加速度最大值、有效值在优化后下降15%左右。构架端部振动优化后在47.5Hz、68Hz、88Hz处有明显降低；构架中部振动优化后在59Hz、68Hz处有明显降低；底架空簧附近振动优化后在15.5Hz、23Hz、68Hz处有明显降低；地板振动优化后在30Hz处有明显降低；座椅振动优化后在20Hz-90Hz较宽频带内都有明显降低，并且座椅振动的峰值频率相比优化前提高；扶手振动优化前后均在24Hz处峰值有所降低。一系悬挂传递率相比优化前在20Hz、40Hz等处的峰值已经大大降低，并降低到1以下；100Hz以下较宽频段内一系悬挂传递率都有明显改善。以上结果表明，提出的优化方案可以有效的抑制该型地铁车辆结构异常振动现象。
随后，结合构架、车体、地板、座椅试验模态分析，进一步揭示车辆异常振动机理。研究发现，构架模态频率(37Hz、104Hz、127Hz、156Hz)与正线运行时振动主频(47Hz、59Hz、68Hz)不重合，表明传递至构架的振动在47Hz-68Hz较大，一系悬挂在该频段振动衰减较弱；地板局部一阶弯曲频率(30Hz)及座椅的一阶弯曲(41Hz)、二阶弯曲频率(62Hz)与正线运行时的振动峰值频率重合，表明传递至地板、座椅的振动引起了自身模态共振，并且频率分布在30Hz-60Hz。综上，地板、座椅异常振动的根本原因是在其模态频率处的轮轨激励未被一系悬挂有效衰减而引起模态共振。
为了从理论上研究一系悬挂参数对10Hz-80Hz振动传递的影响，基于一系垂向减振器的Maxwell积分型本构关系，建立6自由度铁道车辆垂向振动数学模型，利用拉氏变换及随机振动理论，得到轨道高低不平顺激励下车辆系统非扩阶传递函数和随机振动响应，并在此基础上得到构架端部振动响应功率谱密度。计算结果表明，一系垂向减振器阻尼系数越小，对10Hz以上的振动衰减作用越明显。然后建立车辆刚柔耦合多体动力学模型，并通过仿真计算分析不同速度下，一系垂向减振器阻尼系数对构架、车体振动响应的影响。仿真结果表明，当阻尼系数为5000Ns/m，构架端部在10Hz-65Hz的振动明显小于阻尼系数为其他值的振动，构架中部在20Hz-60Hz的振动明显较小，车体振动在35Hz-60Hz的振动较大改善。
基于以上对车辆结构异常振动原因分析及控制研究，为减小异常振动现象，分别从振动传递路径控制和受振体减振两方面入手，提出了如下优化方案：(1)将地铁车辆的一系垂向减振器阻尼系数由20000Ns/m降低为5000Ns/m。(2)在座椅与车体安装螺栓上加减振垫以衰减传递到座椅的振动；并在座椅下方及靠背加固横梁，以提高座椅的弯曲模态频率。
为验证优化方案的减振效果，对该型地铁车辆再次进行了正线试验。试验结果发现，在轴箱振动降低很小的情况下，构架测点振动加速度最大值、有效值在优化后下降15-20%左右；底架空簧附近测点振动加速度最大值、有效值在优化后下降15-20%左右；地板测点振动加速度最大值在优化后下降30%左右，有效值下降10%左右；座椅测点振动加速度最大值、有效值在优化后下降50%左右，振动降低十分显著；扶手测点振动加速度最大值、有效值在优化后下降15%左右。构架端部振动优化后在47.5Hz、68Hz、88Hz处有明显降低；构架中部振动优化后在59Hz、68Hz处有明显降低；底架空簧附近振动优化后在15.5Hz、23Hz、68Hz处有明显降低；地板振动优化后在30Hz处有明显降低；座椅振动优化后在20Hz-90Hz较宽频带内都有明显降低，并且座椅振动的峰值频率相比优化前提高；扶手振动优化前后均在24Hz处峰值有所降低。一系悬挂传递率相比优化前在20Hz、40Hz等处的峰值已经大大降低，并降低到1以下；100Hz以下较宽频段内一系悬挂传递率都有明显改善。以上结果表明，提出的优化方案可以有效的抑制该型地铁车辆结构异常振动现象。