CN103528831A - 多目标比例车体振动特性综合试验台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多目标比例车体振动特性试验台，包括比例车体、计算机、数据采集器、功率放大器、各种传感器和实验台底架等，所述实验台底架两端安装有便于调整比例车体高度的吊架、可双向移动的中间吊架和多个激振器安装座，实现单点/多点激励的模态实验和分析。本发明不仅可以实现不同轨道车辆的比例车体结构的动强度和动刚度的等效性研究，而且通过模态参数识别技术和获得的激励和响应的载荷时间历程，运用现代数字信号处理技术，获得结构频响函数，得到结构系统的物理参数模型；以及对结构物理参数进行载荷识别和灵敏度分析，实现结构参数的识别和优化；并且本发明试验台架结构规模小，极大地降低结构模态试验的成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种高速列车车体结构动态特性测试装置，具体地说涉及一种多目标比例车体振动特性综合试验台。
背景技术
随着高速铁路运输的迅猛发展，车体结构轻量化设计要求非常高，已经成为高速列车发展所面临的关键科学问题之一。但是结构轻量化必然会导致结构强度和刚度下降，如何进行结构轻量化设计的同时，保证结构的安全性和耐久性是非常重要的。轻量化车体结构设计过程中，不仅需要考虑不同的结构材料特性，而且还需考虑结构截面形式、尺寸变化所导致的结构刚度、阻尼特性的变化规律以及利用载荷识别、损伤识别、灵敏度分析等技术研究车体结构的动态特性。
然而，1:1车体的振动试验费用非常昂贵，并且对不同截面尺寸以及不同重量、不同材质和不同结构强度和刚度设计的参数敏感度难以全面清晰地进行研究。因此，国外高速列车车体的研制过程中，都十分重视如何利用比例车体进行结构振动特性研究。
目前，国外比例车体振动试验台多集中在地铁车辆上，结构设计简单，试验方式单调，且不能全面有效地研究结构轻量化和尺寸优化所带来的结构强度和刚度的等效性问题，比例也基本固定在1:10。国内尚没有看到比例车体振动特性测试台的相关文献。
发明内容
针对上述现有国外比例车体结构振动测试技术，本发明目的在于提供一种新型高效的高速列车比例车体振动试验台，对比例车体结构的等效性、动态特性、几何结构振动传递行为及规律性进行系统研究，为高速列车车辆的研制开发提供实验依据。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
多目标比例车体振动特性综合试验台，其特征在于，包括比例车体、计算机、数据采集器和实验台底架；实验台底架上安装有激振器安装座、激振器和用于悬挂所述比例车体的支撑装置，该比例车体上安装有采集激励和响应信号的传感器。
所述支撑装置为安装在实验台底架两端便于调整比例车体高度的带有隔振板的端部吊架，该比例车体通过弹簧悬挂在端部吊架上
所述支撑装置为带有隔振板的可移动的中间吊架；所述比例车体经带有隔振板的中间吊架实现底部支撑、顶部吊挂安装不同的悬挂方式试验；
所述数据采集器经传感器采集信号后，传至计算机分析处理。
该比例车体的材质为动车组采用的T6型铝合金材料。
所述实验台底架包括表面铺设的用于隔振的隔振材料，最优为大理石。
所述实验台底架为框架结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：
一、可以克服线路实验中比例车体昂贵的试验成本，可以实现不同轨道车辆的比例车体结构强度和刚度等效性研究，实现车体结构截面尺寸的参数优化分析。
二、比例试验台可以对1:6、1:8、1:10等车体进行结构振动性、强度和刚度等效性、结构载荷识别技术、参数灵敏度等进行详细研究。
三、比例车体采用铝合金，重量在40~50KG,长宽高尺寸约在4×1.2×2米左右，试验台架结构规模小，可以极大地降低结构模态试验和参数识别的成本。
附图说明
图1是本发明的总体示意图；
图2是比例车体结构示意图；
附图标记：1为比例铝合金车体、2为端部吊架、3为中间吊架、4为弹簧；5为激振器、6为力元传感器、7为应力应变片、8为实验台底架、9为大理石隔振板、10为木托架。
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的描述。
多目标比例车体振动特性综合试验台，包括比例车体、计算机、数据采集器和实验台底架；实验台底架上安装有激振器安装座和激振器以及便于调整比例车体高度的端部吊架2和可纵向移动的中间吊架3；所述比例车体通过实验台底架两端的端部吊架2实现弹簧悬挂或通过可移动的中间吊架3实现底部支撑、顶部吊挂安装；该比例车体还设置有采集激励和响应信号的传感器，所述传感器包括位移、力元和加速度传感器等，采集到的是时间历程信号，传至计算机分析处理最终得到车体的模态频率、振型和阻尼。该比例车体的材质为动车组采用的T6型铝合金材料。所述实验台底架表面设有大理石隔振板9进行隔振，实验台底架整体放置在木托架上。
本发明的工作原理及过程：激振器打开后，为比例车体提供激振力，比例车体在激振力的作用下开始振动。比例车体上安装的传感器采集到比例车体振动参数和激振源参数都经数据采集器采集后传至计算机分析处理，得到比例车体振动特征。
实施例1
结合图1所示，比例铝合金车体1经弹簧悬挂在实验台底架8的端部吊架2上。端部吊架包括螺杆、长悬臂、弹簧座孔，端部吊架中的螺杆，用于调整比例车体的高度，并将比例车体固定在需要的位置上。该螺杆的高度可自由调整，螺杆上焊接一长悬臂，避免试验时，比例车体触碰到端部吊架。该长悬臂中部焊接弹簧座孔，弹簧一端固定在弹簧座孔上，另一端固定比例车体的一侧，最终比例铝合金车体经弹簧悬挂在实验台底架上的端部吊架上。
实施例2
结合图2所示，比例车体经可移动的中间吊架3安装在实验台底架上，具体作用在于可以对比例车体实现两种吊挂的支撑方式，实现车体结构扭转模态的试验和分析，且可以通过中间吊架的移动来调节支撑点的位置。示意图中的比例车体是通过图1中的弹簧的吊挂来实现装配。
通过试验台中间吊架实现不同的支撑和吊挂方式。比例车体两侧安装有各种力元传感器6（含位移、加速度等）、应力应变片7和用于传递信号的信号线。可以实现不同轨道车辆的比例车体结构的动强度和动刚度的等效性研究，而且通过模态参数识别技术，可以通过获得的激励和响应的载荷时间历程，运用现代数字信号处理技术，获得结构频响函数，得到结构系统的物理参数模型（含结构固有频率、振型以及阻尼比等），对结构物理参数进行载荷识别和灵敏度分析，实现结构参数的识别和优化。试验中所采用的比例车体铝合金材料选用为T6型动车组车体材料，重量在40~50KG，长宽高尺寸约在4×1.2×2米左右，试验台架结构规模小，可以极大地降低结构模态试验的成本。
本发明提供的多目标比例车体振动特性综合试验台的操作顺序如下：
①通过螺杆将比例车体固定在需要的位置；
②在车下方的台架上放置好激振器；
③在车体两侧安装固定好传感器，接好信号线；
④打开计算机，调试好测试软件；
⑤打开激振器，为车体提供激振力；
⑥用计算机采集激振信号，分析车体的动态特性。
利用比例车体振动试验，通过结构模态试验，研究结构模态频率、振型和通过本发明可以实现多项研究目标。不仅可以根据线性和非线性振动理论，研究车辆激励、系统和响应三者之间的关系，而且还可以通过振动试验的实测数据，运用数字信号技术，研究振动系统的非参数模型，然后利用参数识别技术，求得系统的频响函数，进一步研究载荷识别、灵敏度分析，物理参数的识别和修改，结构优化等。通过研究车体结构比例缩小后的结构刚度和阻尼的等效性，研究车体结构振动传递性以及结构固有特性（模态、阻尼等）。同时，结合现代结构模态测试理论，详细研究结构动态特性和车体抗疲劳特性之间的关系和作用机理，极大地简化振动实验的成本和规模。
Claims (7)
1.多目标比例车体振动特性综合试验台，其特征在于，包括比例车体、计算机、数据采集器和实验台底架；实验台底架上安装有激振器安装座、激振器和用于悬挂所述比例车体的支撑装置，该比例车体安装有采集激励和响应信号的传感器。
2.根据权利要求1所述的多目标比例车体振动特性综合试验台，其特征在于，所述支撑装置为安装在实验台底架两端便于调整比例车体高度的端部吊架，该比例车体通过弹簧悬挂在端部吊架上。
3.根据权利要求1所述的多目标比例车体振动特性综合试验台，其特征在于，所述支撑装置为可纵向移动的中间吊架；所述比例车体经中间吊架实现底部支撑、顶部吊挂安装。
4.根据权利要求1所述的多目标比例车体振动特性综合试验台，其特征在于，所述数据采集器经传感器采集信号后，传至计算机分析处理。
5.根据权利要求1所述的多目标比例车体振动特性综合试验台，其特征在于，该比例车体的材质为铝合金材料。
6.根据权利要求1所述的多目标比例车体振动特性综合试验台，其特征在于，所述实验台底架表面铺设隔振材料。
7.根据权利要求6所述的多目标比例车体振动特性综合试验台，其特征在于，所述隔振材料为大理石。
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