目前国际上通用的转向架构架设计规范主要有三种:EN13749、UIC615-4和JISE 4207,列车转向架构架在正式投入运营前通常需要通过这些标准的考核,然而这三种国际标准的建立均基于国外测试线路,与中国高速铁路线路的长里程及复杂的运营工况相比,其测试时的里程短且运行工况较少,因而制定的标准不能真实反映中国线路条件下列车的运行状况。为使转向架构架可靠性评定的载荷能够真实反映列车在中国实际线路条件下运行时的受载情况,需要建立符合我国运用条件的构架载荷谱。本文针对某型动车组转向架构架进行研究,建立了基于线路实测载荷及动应力的标准化载荷谱模型,这对于我国动车组的发展具有较强的理论意义和现实意义。文章的主要研究内容如下:(1)对比分析了工程动载荷的频域识别法、时域识别法和直接测试法原理,针对转向架构架受载复杂且低阻尼易发散的特点确定了利用直接测试法对转向架构架进行载荷测试的方案。对测试用电阻应变片进行了动态响应分析,基于准静态法原理并结合有限元分析技术确定了构架低耦合载荷系载荷标定测点位置,利用空间曲面插值法对耦合度较强的支吊座载荷进行了有效解耦,对构架进行了实验室内的“载荷—应变”传递系数标定试验并与有限元结果进行了对比,验证了载荷识别位置的准确性。(2)针对转向架构架实测载荷数据进行了动态特性分析。首先对构架各载荷系单程实测载荷的时域波形进行了分析研究,根据各波形走势特征判断出列车的运行状态,然后基于短时傅里叶变换编程得到了各载荷系时频图。分析了典型工况下各载荷系的实测载荷时域特征,将实测载荷分解为趋势载荷和动态载荷两部分,根据载荷波形走势推断出列车在各典型工况中的运行状态。(3)对工况分离所需的工况识别算法进行了研究并开发了工况识别软件。根据实测经纬度数据在地图上呈现的直线与曲线特征,利用数据加窗的方式连续计算两次窗口首尾数据点间的直线斜率。二次斜率为零的线路段为直线工况,二次斜率不为零的线路段为曲线工况。根据道岔结构特征并利用各传感器数据波形本身波动特征及两点间斜率的变化确定了正线过道岔工况和侧线过道岔工况的识别算法,根据列车进出隧道时信号“毛刺”特征制定了隧道工况识别算法。利用各工况识别算法并基于VB.net语言编写了工况识别软件并进行了实测数据工况识别与分离。(4)分别利用基于参数估计的单一函数及分段函数和基于非参数估计的核密度函数对同一实测应力谱进行了分布拟合并通过卡方检验的方式检验拟合结果。基于总卡方及拟合的样本适应性指标选定核密度函数作为载荷谱拟合的函数。利用扩展因子法对载荷谱极值进行推断,经实测数据比对验证了扩展因子法推断载荷谱极值的高精确度。基于t检验及拉丁超立方抽样对载荷谱测试所需的最少次数进行了研究。基于实测数据拟合得到了各典型工况下各载荷系的母体载荷谱分布,利用各典型工况的线路长度与载荷谱累积频次间的散点线性关系拟合得到了各拟合直线的斜率,从而由实测数据得到了标准累积频数。(5)利用工况线路长度与载荷谱累积频次散点间的线性关系拟合建立了标准化载荷谱的累积频次公式,将标准化载荷谱的累积频次公式与扩展因子法结合,推导出了标准化载荷谱的载荷极值公式及各级载荷幅值公式。以核密度概率密度函数为母体载荷谱分布并与标准化载荷谱的累积频次相结合,推导出了标准化载荷谱的各级频次公式,从而完成了对标准化载荷谱的公式推导。根据有限元计算及标定试验确定了构架的载荷谱损伤校准测点及载荷与损伤校准测点间的“载荷—应力”传递系数,对比分析了各疲劳累积损伤模型并基于载荷谱编制的基本准则和根本要求建立了载荷谱损伤校准的优化模型,给出了标准化载荷谱校准的目标函数和约束条件。从优化算法的数学模型出发,对人工鱼群算法和遗传算法的算法特点及运算原理分别进行了研究并对标准化载荷谱进行了损伤一致性校准。(6)基于等效应力对标准化载荷谱的精度进行了评估。选取哈大高铁“沈阳北—大连北”线路段和郑徐高铁“郑州东—徐州东”线路段作为标准化载荷谱精度评估的线路段,通过雨流计数的方法得到了各线路段各载荷系的实测载荷谱,将线路段各典型工况的线路长度代入标准化载荷谱公式计算得到了各典型工况下的标准化载荷谱。按照谱编制的基本准则将不同工况下各载荷系的标准化载荷谱和实测载荷谱在测点处产生的应力谱转化为等效谱并计算各自在应力测点处产生的应力与测点的真实等效应力比值,与欧洲标准及日本标准在测点处产生的应力与真实等效应力的比值进行了对比分析,验证了标准化载荷谱对于转向架构架的结构强度评估具有的精度。