CN106446443B - 一种轨道扣件系统共振频率的识别方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于轮轨交通系统轨道结构动力学设计领域，具体涉及一种轨道扣件系统共振频率的识别方法及装置。所述方法包括：将需要识别的外界激振频率作为输入频率；根据所述输入频率对应的频变动参数获得轨道扣件系统第一有限元模型；根据获得的轨道扣件系统第一有限元模型获得所有位于所述轨道上的车轮在各个扣件节点的等效质量；根据所述输入频率对应的频变动参数和获得的所有位于所述轨道上的车轮在各个扣件节点的等效质量获得轨道扣件系统第二有限元模型；根据获得的轨道扣件系统第二有限元模型获得轨道扣件系统多阶固有频率；当在所述多阶固有频率中查找到与所述输入频率满足预设条件的固有频率时，将所述输入频率判定为共振频率。

Description

一种轨道扣件系统共振频率的识别方法及装置

技术领域

本发明属于轮轨交通系统轨道结构动力学设计领域，具体涉及一种轨道扣件系统共振频率的识别方法及装置。

背景技术

为了避免由于轮轨共振引起的钢轨波浪形磨耗问题，需要建立铁路车辆－钢轨－扣件系统轮轨共振频率的评估方法，在以往的工程实践中，着重评价车辆车轮与钢轨－扣件系统(包括扣压件、高分子弹性垫板、铁垫板以及其他连接零件等)的自由振动特征(主要包括固有频率及其相应的振型)。目前，钢轨－扣件系统垂向共振频率的识别方法主要包括谐响应分析与谱分析等理论分析方法，以及力锤敲击与落轴冲击试验法。

有限单元法的实模态分析、谐响应分析与谱分析均无法考虑非对角阵的阻尼矩阵，只能近似采用比例阻尼矩阵进行求解。因此通常情况下，仅利用该方法分析钢轨－扣件无阻尼系统的自由振动特征。另外，在进行钢轨－扣件系统自由振动特征的有限元分析时，钢轨下方扣件系统垂向动力支承性能主要来自扣件系统内的高分子弹性垫板，而且仅将高分子弹性垫板简化为常量刚度的线性弹簧，或者即使建立了详细的扣件系统实体有限元模型，但是扣件系统内高分子弹性垫板动参数(主要包括动刚度和阻尼系数)仍被普遍视为常量。按照现有测试规范，该常量刚度仅在3－5Hz激振频率下测得，然而钢轨实际振动频率通常在1至10000Hz范围内，因此该3－5Hz的常量刚度无法真实反映扣件系统内高分子弹性垫板动参数的频变特征。

力锤敲击与落轴冲击试验法能够用来获取瞬时冲击荷载作用下较宽频率范围内钢轨－扣件系统的敏感共振频率。但是，如果要比选多种高分子弹性垫板(比如不同配方、不同几何结构形式、不同使用时间的弹性垫板)的钢轨-扣件系统共振频率，则需在室内或现场试验段反复更换扣件系统的高分子弹性垫板，工作量很大，耗费时间很长，试验成本也很高。因此，这类试验方法主要用于验证与检测，而且无法从机理上预测扣件系统高分子弹性垫板引起的轮轨共振现象，更加难以直接用于轮轨共振的评价。此外，在这些已有的识别方法中，还有一个共同的缺陷，就是仅将轮轨相互作用理解为外部激励，忽略了车轮质量的影响。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种轨道扣件系统共振频率的识别方法及装置，以有效地改善上述问题。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种轨道扣件系统共振频率的识别方法，所述方法包括：将需要识别的外界激振频率作为输入频率；根据所述输入频率对应的频变动参数获得轨道扣件系统第一有限元模型；根据获得的轨道扣件系统第一有限元模型获得所有位于所述轨道上的车轮在各个扣件节点的等效质量；根据所述输入频率对应的频变动参数和获得的所有位于所述轨道上的车轮在各个扣件节点的等效质量获得轨道扣件系统第二有限元模型；根据获得的轨道扣件系统第二有限元模型获得轨道扣件系统多阶固有频率；当在所述多阶固有频率中查找到与所述输入频率满足预设条件的固有频率时，将所述输入频率判定为共振频率。

第二方面，本发明实施例提供了一种轨道扣件系统共振频率的识别装置，所述装置包括：接收模块，用于将需要识别的外界激振频率作为输入频率；第一有限元模型建立模块，用于根据所述输入频率对应的频变动参数获得轨道扣件系统第一有限元模型；等效质量获取模块，用于根据获得的轨道扣件系统第一有限元模型获得所有位于所述轨道上的车轮在各个扣件节点的等效质量；第二有限元模型建立模块，用于根据所述输入频率对应的频变动参数和获得的所有位于所述轨道上的车轮在各个扣件节点的等效质量获得轨道扣件系统第二有限元模型；有限元分析模块，用于根据获得的轨道扣件系统第二有限元模型获得轨道扣件系统多阶固有频率；数据后处理模块，用于当在所述多阶固有频率中查找到与所述输入频率满足预设条件的固有频率时，将所述输入频率判定为共振频率。。

与现有技术相比，本发明实施例提供一种轨道扣件系统共振频率的识别方法及装置，通过综合考虑了车轮质量和扣件系统内高分子弹性垫板动参数的频变特性对钢轨－扣件系统的影响，这样得到的轨道－扣件系统的共振频率更加可靠和精确。避免了高成本的力锤或落轴试验研究的盲目性与低效性，并有助于提高铁路扣件系统高分子弹性垫板动参数的设计精度。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1示出了一种可应用于本发明实施例中的电子设备的结构框图。

图2示出了本发明实施例提供的一种轨道扣件系统共振频率的识别方法的流程图。

图3示出了本发明实施例提供的钢轨扣件系统的频变储能刚度－频率曲线图。

图4示出了本发明实施例提供的钢轨扣件系统的频变损耗因子－频率曲线图。

图5示出了本发明实施例提供的一种获得所有位于所述轨道上的车轮的等效质量的流程图。

图6示出了本发明实施例提供的另一种获得所有位于所述轨道上的车轮的等效质量的流程图。

图7示出了本发明实施例提供的另一种轨道扣件系统共振频率的识别方法的流程图。

图8示出了本发明实施例提供的轨道扣件系统共振频率－阶数曲线图。

图9示出了本发明实施例提供的一种共振频率识别装置的结构框图。

图中，附图标记分别为：

电子设备100，共振频率识别装置110，接收模块111，第一有限元模型建立模块112，加载位置获取模块113，等效质量获取模块114，第二有限元模型建立模块115，有限元分析模块116，数据后处理模块117，存储器120、存储控制器130，处理器140。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来设置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

本发明涉及轮轨交通系统轨道结构动力学设计领域，可用于轮轨交通系统高分子材料减振扣件的动力学设计工作，有助于避免因轮轨共振引起的钢轨波浪形磨耗问题，继而实现铁路钢轨-扣件系统的低动力设计。如图1所示，图1示出了一种可应用于本发明实施例中的电子设备100的结构框图。所述电子设备100包括共振频率识别装置110、存储器120、存储控制器130和处理器140。

所述存储器120、存储控制器130、处理器140各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。所述共振频率识别装置110包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述存储器中或固化在所述电子设备100的操作系统(operating system，OS)中的软件功能模块。所述处理器140用于执行存储器120中存储的可执行模块，例如所述共振频率识别装置110包括的软件功能模块或计算机程序。

其中，存储器120可以是，但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read－Only Memory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read－Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read－Only Memory，EEPROM)等。其中，存储器120用于存储程序，所述处理器140在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本发明实施例任一实施例揭示的流程定义的电子设备所执行的方法可以应用于处理器中，或者由处理器实现。

处理器140可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

本发明实施例提供了一种钢轨扣件系统共振频率的识别方法，如图2所示，其中图2示出了本发明实施例提供的一种轨道扣件系统共振频率的识别方法的流程图，具体包括：步骤S101－S106。

步骤S101，将需要识别的外界激振频率作为输入频率。

所述输入频率可以为外界激振频率范围内的任一值，于本实施例中，优选地，所述输入频率可以在0Hz－500Hz范围内以1Hz作为间隔。即取0Hz－500Hz范围内的任意整数为所述输入频率。当需要识别的外界激振频率改变时，所述输入频率会随着需要识别的外界激振频率的变化而变化。

步骤S102，根据所述输入频率对应的频变动参数获得轨道扣件系统第一有限元模型。

根据所述输入频率获得对应的频变动参数，于本实施例中，所述频变动参数包括频变储能刚度和频变阻尼系数。不同的输入频率对应不同的频变动参数。其中所述输入频率可以为外界激振频率范围内的任一值，于本实施例中，所述输入频率可以在0Hz－500Hz范围内以1Hz作为间隔。优选地，即取0Hz－500Hz范围内的任意整数为输入频率。

要获得所述频变阻尼系数，首先需要根据所述输入频率获得对应的频变储能刚度和频变耗损因子，请参阅图3和图4。从图3中的实测数据和拟合数据来看，误差较小，因此根据该拟合公式lgk＝0.0645lgf+1.6348，便可求出0Hz－500Hz范围内的任一输入频率对应的频变储能刚度。

从图4中的实测数据和拟合数据来看，误差较小，因此根据该拟合公式lgη＝0.1016lgf-0.8664，便可求出0Hz－500Hz范围内的任一输入频率对应的频变耗损因子。

根据频变阻尼系数与频变损耗因子之间的关系式

便可得到频变阻尼系数。其中，c_ij是第i个扣件节点上加载频率为f_j的频变阻尼系数，η_ij是第i个扣件节点上加载频率为f_j的频变损耗因子，k_ij是i个扣件节点上加载频率为f_j的频变储能刚度。

根据获得的频变动的频变动参数来建立轨道扣件系统第一有限元模型。其中，轨道扣件系统第一有限元模型可以是利用ABAQUS软件建立的钢轨-扣件系统有限元模型，于本实施例中，可以利用ABAQUS中的BEAM21单元模拟钢轨，用线弹簧+牛顿黏壶单元模拟扣件系统。

步骤S103根据获得的第一有限元模型获得所有位于所述轨道上的车轮在各个扣件节点的等效质量。

所述获得所有位于所述轨道上的车轮在各个扣件节点的等效质量包括两种情况。下面将对这两种情况详细说明：

第一种，所述轨道上仅有一节普通四轴铁路车厢，所述获得所有位于所述轨道上的车轮在各个扣件节点的等效质量的步骤，如图5所示，具体包括：步骤S1031－S1033。

步骤S1031，获得所述车厢的固定轴距、车辆定距和车轮的重力。

当所述轨道上仅有一节普通四轴铁路车厢时，根据该节车厢的实际情况来获得所述车厢的固定轴距、车辆定距和车轮的重力，其中，于本实施例中，优选置于所述车厢上的车轮相同。

步骤S1302，根据获得的所述车厢的固定轴距以及车辆定距获得车轮质量的加载位置。

在轨道扣件系统第一有限元模型中，根据获得的所述车厢的固定轴距以及车辆定距来设置车轮质量的加载位置。进一步的，由于所述轨道上仅有一节普通四轴铁路车厢，所以该节车厢可以是包括八个车轮的车厢。根据获得的所述车厢的固定轴距以及车辆定距，在模拟轨道上来设置这8个车轮质量的加载位置，以使各个车轮之间的加载位置与车轮实际在轨道上的位置一致，从而能够获得每个车轮在轨道上的受力点的位置以及各受力点之间的位置关系。当模拟轨道为单股模拟轨道时，在单股模拟轨道上来设置这4个车轮质量的加载位置。

步骤S1033，根据获得的轨道扣件系统第一有限元模型、所述车轮质量的加载位置和所述车轮的重力获得所有位于所述轨道上的车轮在各个扣件节点的等效质量。

根据所述输入频率获得对应的频变动参数，于本实施例中，所述频变动参数主要为扣件系统的频变储能刚度和频变阻尼系数。其中，获得所述频变储能刚度和所述频变阻尼系数的方法与步骤S102中的方法相同，为了避免累赘，此处不再重复。

获得所有位于所述轨道上的车轮在各个扣件节点的等效质量。首先根据上述建立的轨道扣件系统第一有限元模型、获得的频变储能刚度和频变阻尼系数、所述车轮质量的加载位置以及所述车轮的重力进行有限元仿真，便可得到每个扣件节点上，所述车轮重力对应的支承反力F_i，其中F_i为第i个扣件节点的支承反力。根据每个扣件节点的支承反力F_i以及重力的公式m_i＝F_i/g，便可得到每个扣件节点i上加载的所述车轮的等效质量。

第二种，当所述轨道上至少有两节普通四轴铁路车厢，所述获得所有位于所述轨道上的车轮在各个扣件节点的等效质量的步骤，如图6所示，具体包括：步骤S1035－S1037。

步骤S1035，获得每节所述车厢的固定轴距、每节所述车厢的车辆定距、前车厢后转向架与后车厢前转向架中心间距和车轮的重力。

当所述轨道至少有两节普通四轴铁路车厢时，根据该车厢的实际情况来获得每节所述车厢的固定轴距、每节所述车厢的车辆定距、前车厢后转向架与后车厢前转向架中心间距和车轮的重力。

为了便于理解，于本实施例中，优选所述车厢为两节，来进行举例说明。为了便于区分，两节车厢分别命名为第一节车厢和第二节车厢，其中，第一节车厢与第二节车厢相同。获得每节所述车厢的固定轴距、车辆定距，其中，由于第一节车厢与第二节车厢相同，所以第一节车厢的固定轴距、车辆定距与第二节车厢的固定轴距、车辆定距相同。

获得前车厢后转向架与后车厢前转向架中心间距，即为靠近第二节车厢的第一节车厢的后转向架的中点到靠近第一节车厢的第二节车厢的前转向架的中点的长度，于本实施例中，即为第一节车厢的第二转向架的中点到第二节车厢的第一转向架的中点的间距。

步骤S1036，根据获得的每节所述车厢的固定轴距、每节所述车厢的车辆定距和前车厢后转向架与后车厢前转向架中心间距获得车轮质量的加载位置。

在轨道扣件系统第一有限元模型中，根据获得的每节所述车厢的固定轴距、每节所述车厢的车辆定距和前车厢后转向架与后车厢前转向架中心间距来设置车轮质量的加载位置。进一步地，由于优选所述轨道上有两节普通四轴铁路车厢，所以每节车厢可以是包括八个车轮的车厢。根据获得的每节所述车厢固定轴距、每节所述车厢的车辆定距和前车厢后转向架与后车厢前转向架中心间距来设置车轮质量的加载位置，在模拟轨道上来设置这16个车轮的加载位置，以使各个车轮之间的加载位置与车轮实际在轨道上的位置一致，从而能够获得每个车轮在轨道上的受力点的位置以及各受力点之间的位置关系。当模拟轨道为单股模拟轨道时，在单股模拟轨道上来设置这8个车轮质量的加载位置。

步骤S1037，根据获得的轨道扣件系统第一有限元模型、所述车轮质量的加载位置和所述车轮的重力获得所有位于所述轨道上的车轮在各个扣件节点的等效质量。

其中如何得到所述输入频率对应的频变动参数、获得的所有位于所述轨道上的车轮在各个扣件节点的等效质量在前面已详细说明，为了避免累赘，此处不再举例说明。

步骤S104，根据所述输入频率对应的频变动参数和获得的所有位于所述轨道上的车轮在各个扣件节点的等效质量获得轨道扣件系统第二有限元模型。

根据所述输入频率对应的频变动参数和获得的所有位于所述轨道上的车轮在各个扣件节点的等效质量来建立道扣件系统第二有限元模型。其中，轨道扣件系统第一有限元模型可以是利用ABAQUS软件建立的钢轨-扣件系统有限元模型，于本实施例中，可以利用ABAQUS中的BEAM21单元模拟钢轨，用线弹簧+牛顿黏壶单元模拟扣件系统。

步骤S105，根据获得的轨道扣件系统第二有限元模型获得轨道扣件系统多阶固有频率。

根据获得的轨道扣件系统第二有限元模型进行有限元仿真便可得到轨道扣件系统多阶固有频率。

步骤S106，当在所述多阶固有频率中查找到与所述输入频率满足预设条件的固有频率时，将所述输入频率判定为共振频率。

在所述多阶固有频率中查找与所述输入频率满足预设条件的固有频率时，其中，所述预设条件应为所述输入频率与多阶固有频率中某阶固有频率的数值一致，于本实施例中，该预设条件可以是，当固有频率与输入频率两者的差值小于1Hz时，即可认为是一致的。若在多阶固有频率中查找到与所述输入频率满足预设条件的固有频率时，则将所述输入频率判定为钢轨－扣件系统的共振频率。

应当理解的是，上述的预设条件还可以是别的其它条件，其确定条件取决于轨道扣件系统共振频率的识别精度，固有频率与输入频率的差值允许值越小，轨道扣件系统共振频率的识别精度越高。例如，该预设条件可以是，当固有频率与输入频率两者的差值小于0.5Hz时，即可认为是一致的；还可以是当固有频率与输入频率两者的差值小于0.2Hz时，即可认为是一致的等，因此该预设条件不应理解为是对本发明的限制。

当对一定频率范围内的多阶频率判断其是否是共振频率时，在执行步骤S106时，会出现在所述多阶固有频率中未查找到某阶固有频率与所述外界激振频率满足预设条件的固有频率的情况，则需要针对不同的输入频率依次判断，即将一定频率范围内的多阶频率的遍历。因此，本发明实施例还提供了另一种轨道扣件系统共振频率的识别方法，如图7所示，所述方法包括：步骤S201－S207。

步骤S201，当在所述多阶固有频率中未查找到与所述输入频率满足预设条件的固有频率时，按照预设规则修改所述外界激振频率。

当在外界激振频率对应下的多阶固有频率中未查找到与所述外界激振频率满足预设条件的固有频率时，此时按照预设规则修改所述外界激振频率。其中，所述的预设规则为人为自己定义的规则，于本实施中，所述预设规则可以为f_i+1＝f_i+Δf，其中，fi为需要识别的初始外界激振频率或前一次输入的外界激振频率，即f_i可以为0Hz－500Hz范围内的任意值。Δf为输入频率增量，于本实施例中，优选Δf＝1，即f_i+1＝f_i+1。优选为，f_i为0Hz－500Hz范围内的任意整数值，即(0Hz、1Hz、2Hz、3Hz···500Hz)。应当理解的是，上述的预设规则还可以是别的其它规则，因此该预设规则不应理解为是对本发明的限制。

步骤S202，将所述输入频率变更为修改后的外界激振频率。将所述输入频率变更为修改后的外界激振频率，即将所述外界激振频率按照预设规则变更为当前输入的频率值，即将f_i变更为f_i+1＝f_i+1。

步骤S203与步骤S102相同，步骤S204与步骤S103相同，步骤S205与步骤S104相同步骤S205与步骤S104相同，步骤S206与步骤S105相同，步骤S207与步骤S106相同。为了避免累赘，此处不再对步骤S203、步骤S204、步骤S205、步骤S206和步骤S207进行说明。应当理解的是，当所述输入频率发生变化时，根据所述输入频率对应的频变动参数也会随着输入频率的变化而变化，同时与之对应的所述车轮在轨道上的等效质量也会发生变化。

其中，当所述输入频率的值超过预设值时，便结束。于本实施例中，例如，该预设值为500Hz，即当输入频率为500Hz时，根据该输入频率对应的频变动参数、获得的所有位于所述轨道上的车轮在各个扣件节点的等效质量和建立的轨道扣件系统第二有限元模型进项有限元仿真，获得多阶固有频率。当在所述多阶固有频率中未查找到与所述输入频率满足预设条件的固有频率时，便结束。

于本实施例中，所模拟车辆是我国两节CRH380高速列车，钢轨是60kg/m的标准钢轨，钢轨计算长度取100m，扣件系统是我国高速铁路WJ－8无砟轨道扣件系统，其间距取0.6m。根据该方法获得钢轨－扣件系统的共振频率如图8所示。其中，“△”表示考虑车轮质量与扣件系统高分子弹性垫板动参数频变的钢轨－扣件系统垂向各阶敏感共振频率。为了比较考虑车轮质量与扣件系统高分子弹性垫板频变动参数前后的实际改进效果，图8中还给出了未考虑车轮质量与扣件系统高分子弹性垫板动参数频变的钢轨-扣件系统垂向各阶敏感共振频率(见图8中的“○”)，以及给出了仅考虑车轮质量但未考虑扣件系统高分子弹性垫板动参数频变的钢轨-扣件系统垂向各阶敏感共振频率(见图8中的“□”)。

从图8中可以看出，当不考虑车轮质量与扣件系统高分子弹性垫板动参数频变时，钢轨-扣件系统各阶敏感共振频率明显偏高；而且当仅考虑车轮质量时，钢轨-扣件系统前30－40阶敏感共振频率明显偏低，其后各阶敏感共振频率基本一致。因此，欲准确识别钢轨-扣件系统各阶敏感共振频率，必须综合考虑车轮质量与扣件系统弹性垫板的频变动参数。

请参阅图9，图9是本发明实施例提供的图1所示的共振频率识别装置110的功能模块图。所述共振频率识别装置110包括接收模块111、第一有限元模型建立模块112、加载位置获取模块113、等效质量获取模块114、第二有限元模型建立模块115、有限元分析模块116和数据后处理模块117。

所述接收模块111，用于将需要识别的外界激振频率作为输入频率，以及用于将所述输入频率变更为修改后的外界激振频率。

所述第一有限元模型建立模块112，用于根据所述输入频率对应的频变动参数获得轨道扣件系统第一有限元模型。

所述加载位置获取模块113，用于获取车轮质量的加载位置。进一步地，当所述轨道上仅有一节普通四轴铁路车厢时，所述加载位置获取模块113，用于根据获得的固定轴距以及车辆定距获得车轮质量的加载位置。当所述轨道上至少有两节普通四轴铁路车厢时，所述加载位置获取模块113，还用于，还用于根据获得的每节所述车厢的固定轴距、每节所述车厢的车辆定距以及前车厢后转向架与后车厢前转向架中心间距获得车轮质量的加载位置。

所述等效质量获取模块114，用于根据获得的轨道扣件系统第一有限元模型获得所有位于所述轨道上的车轮在各个扣件节点的等效质量。所述第二有限元模型建立模块115，用于根据所述输入频率对应的频变动参数和获得的所有位于所述轨道上的车轮在各个扣件节点的等效质量获得轨道扣件系统第二有限元模型。

所述有限元分析模块116，用于根据获得的轨道扣件系统第二有限元模型获得轨道扣件系统多阶固有频率。

所述数据后处理模块117，用于当在所述多阶固有频率中查找到与所述输入频率满足预设条件的固有频率时，将所述输入频率判定为共振频率。

以上各模块可以是由软件代码实现，此时，上述的各模块可存储于电子设备的存储器内。以上各模块同样可以由硬件例如集成电路芯片实现。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本发明实施例所提供的共振频率识别装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read－Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种轨道扣件系统共振频率的识别方法，其特征在于，所述方法包括：

将需要识别的外界激振频率作为输入频率；

根据所述输入频率对应的频变动参数获得轨道扣件系统第一有限元模型；

根据获得的轨道扣件系统第一有限元模型获得所有位于所述轨道上的车轮在各个扣件节点的等效质量；

根据所述输入频率对应的频变动参数和获得的所有位于所述轨道上的车轮在各个扣件节点的等效质量获得轨道扣件系统第二有限元模型；

根据获得的轨道扣件系统第二有限元模型获得轨道扣件系统多阶固有频率；

当在所述多阶固有频率中查找到与所述输入频率满足预设条件的固有频率时，将所述输入频率判定为共振频率。

2.根据权利要求1所述的轨道扣件系统共振频率的识别方法，其特征在于，所述轨道上仅有一节普通四轴铁路车厢，所述获得所有位于所述轨道上的车轮在各个扣件节点的等效质量的步骤包括：

获得所述车厢的固定轴距、车辆定距和车轮的重力；

根据获得的固定轴距以及车辆定距获得车轮质量的加载位置；

根据获得的轨道扣件系统第一有限元模型、所述车轮质量的加载位置和所述车轮的重力获得所有位于所述轨道上的车轮在各个扣件节点的等效质量。

3.根据权利要求1所述的轨道扣件系统共振频率的识别方法，其特征在于，所述轨道上至少有两节普通四轴铁路车厢，所述获得所有位于所述轨道上的车轮在各个扣件节点的等效质量的步骤包括：

获得每节所述车厢的固定轴距、每节所述车厢的车辆定距、前车厢后转向架与后车厢前转向架中心间距和车轮的重力；

根据获得的每节所述车厢的固定轴距、每节所述车厢的车辆定距以及前车厢后转向架与后车厢前转向架中心间距获得车轮质量的加载位置；

根据获得的轨道扣件系统第一有限元模型、所述车轮质量的加载位置和所述车轮的重力获得所有位于所述轨道上的车轮在各个扣件节点的等效质量。

4.根据权利要求1所述的轨道扣件系统共振频率的识别方法，其特征在于，所述方法还包括：

当在所述多阶固有频率中未查找到与所述输入频率满足预设条件的固有频率时，按照预设规则修改所述外界激振频率；

将所述输入频率变更为修改后的外界激振频率。

5.根据权利要求4所述的轨道扣件系统共振频率的识别方法，其特征在于，所述预设规则为f_i+1＝f_i+Δf，其中f_i为需要识别的初始外界激振频率或前一次输入的外界激振频率，Δf为输入频率增量。

6.根据权利要求1所述的轨道扣件系统共振频率的识别方法，其特征在于，所述频变动参数包括频变储能刚度和频变阻尼系数。

7.一种轨道扣件系统共振频率的识别装置，其特征在于，所述装置包括：

接收模块，用于将需要识别的外界激振频率作为输入频率；

第一有限元模型建立模块，用于根据所述输入频率对应的频变动参数获得轨道扣件系统第一有限元模型；

等效质量获取模块，用于根据获得的轨道扣件系统第一有限元模型获得所有位于所述轨道上的车轮在各个扣件节点的等效质量；

第二有限元模型建立模块，用于根据所述输入频率对应的频变动参数和获得的所有位于所述轨道上的车轮在各个扣件节点的等效质量获得轨道扣件系统第二有限元模型；

有限元分析模块，用于根据获得的轨道扣件系统第二有限元模型获得轨道扣件系统多阶固有频率；

数据后处理模块，用于当在所述多阶固有频率中查找到与所述输入频率满足预设条件的固有频率时，将所述输入频率判定为共振频率。

8.根据权利要求7所述的轨道扣件系统共振频率的识别装置，其特征在于，所述接收模块，还用于将所述输入频率变更为修改后的外界激振频率。

9.根据权利要求7所述的轨道扣件系统共振频率的识别装置，其特征在于，所述装置还包括：

加载位置获取模块，用于根据获得的固定轴距以及车辆定距获得车轮质量的加载位置。

10.根据权利要求9所述的轨道扣件系统共振频率的识别装置，其特征在于，所述加载位置获取模块，还用于根据获得的每节车厢的固定轴距、每节车厢的车辆定距以及前车厢后转向架与后车厢前转向架中心间距获得车轮质量的加载位置。

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