第二届轨道交通载运装备系统动力学与智能运维学术论坛

随着轨道交通向高速化与轻量化的持续发展，铁路车辆的弹性振动已成为影响运行安全性与乘坐舒适性的关键因素。本文基于能量法与一阶剪切变形理论，建立了一种高效的铁路车辆三维刚柔耦合动力学模型。通过与试验数据、有限元结果以及SIMPACK仿真结果对比，对所建模型的有效性进行了验证。在此基础上，采用模态动能贡献分析方法，识别车体地板的主导振动模态，并量化其空间分布特征。结果表明：低阶刚体模态主导车体地板的整体振动，而弹性模态则对局部区域具有显著影响。尤其是在特定位置，车体垂弯模态对局部垂向动能的贡献可达16%。基于上述分析，提出了一种考虑空间位置差异的模态截断策略，用于构建降阶模型。降阶模型的响应结果与全阶模型高度一致，同时计算效率提升超过三个数量级。进一步地，以Sperling指标作为乘坐舒适性评价准则，对车下悬挂设备的悬挂参数设计进行了研究。结果发现，过大的吊挂质量可能会降低乘坐舒适性，其原因并非整体振动水平的增加，而是振动能量向人体敏感频段的再分配。经过质量优化后，柔性悬挂在所有测点均提升了乘坐舒适性，与刚性安装相比，Sperling指标最大降低0.65。本文提出的方法为铁路车辆动力学分析、模型降阶及面向振动的结构设计提供了一种高效的技术路径。

三维弹性车体,一阶剪切变形理论,模态能量贡献分析,模态截断法,乘坐舒适性