基于动车组车体结构改进的低阶模态分析

赵红伟 田爱琴

（南车青岛四方机车车辆股份有限公司技术中心 青岛 266111）

动车组以200km速度级运行中，车体结构在各个方面的性能都非常优越，获得乘客的一致好评.然而随着运行速度向300，350km甚至更高速度的发展.车体产生了比较明显的噪声和振动，这就需要不断创新性的改进车体结构，结构的改进会直接改变车体模态数，而模态数又是车体设计中需要控制的要素，这是因为过低的一阶模态会严重威胁车辆的运行安全.所以了解车体的各大部件的模态组成以及改变某个或多个大部件对于整车的低阶模态所产生的影响，对于车体的结构改进设计都会有很大的帮助.

1 车体结构模拟设计

计算中所模拟的是某车型的中间车车体，主要包括：底架，侧墙，车顶 和端墙4个关键大部件，模拟简化后的车体将保证原车体的刚度特性，将模拟简化后的车体称为微型车体，通过单独计算出4大部件各自的自由模态数，并通过调整各部件的刚度，使得微型车体各部件的模态数基本达到原车体相应部件的模态数，再把微型车体的4个关键部件组装起来［1－3］.车体的有限元模型如图1所示.这样就保证了简化模拟的车体模型与原车型具有可参考性，简化模型计算的可行性.

图1 车体的有限元模型图

2 正则模态分析

对固有频率和正则模态的运动方程求解时，需要一种特殊的简化型运动方程.如果没有阻尼而且不施加载荷，矩阵中的运动方程将简化为