随着社会的快速发展,城市轨道交通日益受到重视,其客流量和运营里程不断地创下新高。以地铁为代表的城市轨道交通车辆具有轮轨关系恶劣、线路多小半径曲线段、车辆频繁的加速减速以及大负载等特点,这使得地铁车辆的运用环境较为复杂。而转向架作为车辆中最为重要的结构,其疲劳寿命对车辆安全、可靠的运行起到至关重要的作用。本文基于地铁动车转向架构架的实测载荷数据,研究了地铁车辆典型运用工况特点与转向架构架载荷特征之间的关系,并且编制可用于构架疲劳试验的全寿命周期载荷谱,主要的研究内容如下:(1)分析地铁车辆转向架在运行过程中所受到的载荷类型,通过标定试验获得载荷标定系数和载荷-应力传递系数。根据测试车辆的实际特点,确定线路测试的试验方案。(2)将构架实测载荷分为主体载荷和局部载荷,分析其直线和曲线、加速和减速下的时域和频域特征,结果表明构架局部载荷的时域特征与车辆运行状态呈强关联性,构架主体载荷的变化与线路条件呈强关联性。分析了车辆在不同载客量下载荷和构架损伤的特征,载客量与横向减振器载荷呈高度的负线性相关,即载客量的增大可以降低横向减振器的受载,其余的载荷除侧滚载荷外与载客量呈高度的正线性相关,即载客量的增加会导致这些载荷的增大。分析了构架关键部位应力造成的损伤,结果表明线路曲线段对构架产生的每公里损伤远大于直线段、构架关键部位的损伤随着载客量的增加而增大。(3)根据载荷在不同工况下的时域特征,将实测载荷分为直线加速、曲线和直线减速三种工况,并编制不同工况下的载荷谱样本。同时为了保证编谱所用的样本数据具有一定的代表性,基于t检验确定测试的最小样本数。最后基于损伤一致性原则,采用遗传算法对各载荷系进行校准,校准后的载荷的计算损伤能够覆盖实测损伤且具有很高的精度。(4)研究了载荷谱随测试里程的变化规律,结果表明:在低幅值高频次的载荷循环区域,载荷的频次与测试里程呈高度线性正相关;在大幅值低频次的载荷循环区域,载荷的频次与测试里程的相关度较小,具有一定的随机性。提出线性外推和自适应核密度估计联合外推方法,实现载荷大小和频次的外推。通过该方法获得的外推载荷与该频次下的实际载荷进行对比,结果表明该方法在曲线拟合、损伤以及载荷极值上均具有较高的精度。最后根据车辆载设计寿命,外推得到转向架构架全寿命周期的载荷谱,为构架疲劳可靠性打下了基础。本文依据线路实测数据编制的地铁转向架构架载荷谱为转向架构架的设计、检修提供了支撑。