基于转向架构架参数化模型的构架模态匹配方法研究

doi:10.3901/JME.260640

机械工程学报 ›› 2026, Vol. 62 ›› Issue (16): 167-178.doi: 10.3901/JME.260640

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基于转向架构架参数化模型的构架模态匹配方法研究

吴兴文¹, 冯志宇¹, 卿鹏¹, 杨泞瑞², 张振先^2,3, 王燕^2,3, 李广泉³, 池茂儒², 温泽峰², 梁树林², 金学松²

1. 西南交通大学机械工程学院成都 610031;
2. 西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室成都 610031;
3. 中车青岛四方机车车辆股份有限公司青岛 266111

收稿日期:2025-08-06 修回日期:2026-03-01 发布日期:2026-10-14
作者简介:吴兴文(通信作者)，男，1988年出生，博士，副教授，博士研究生导师。主要研究方向为振动疲劳，车辆系统动力学。E-mail：xingwen_wu@163.com
基金资助:
对发展中国家科技援助(KY202204005)、国家自然科学基金(52575142)、四川省自然科学基金(2024NSFSC0187)、中国科协青年人才托举工程(2019QNRC001)和中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划(N2022J009)资助项目。

Research on Modal Matching Method Based on Parameterized Model of Bogie Frame

WU Xingwen¹, FENG Zhiyu¹, QING Peng¹, YANG Ningrui², ZHANG Zhenxian^2,3, WANG Yan^2,3, LI Guangquan³, CHI Maoru², WEN Zefeng², LIANG Shulin², JIN Xuesong²

1. School of Mechanical Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031;
2. State Key Laboratory of Rail Transit Vehicle System, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031;
3. CRRC Qingdao Sifang Co., Ltd., Qingdao 266111

Received:2025-08-06 Revised:2026-03-01 Published:2026-10-14

摘要/Abstract

摘要： 模态是系统的“基因”，其与服役边界匹配的好坏，直接决定整个系统的动力学特性。以高速动车组转向架构架为研究对象，详细研究转向架构架系统模态匹配方法。探讨高速动车组转向架服役边界特征以及现有模态匹配方法；基于梁理论构建可变参数的转向架构架系统动力学模型，提出转向架构架服役振动环境再现方法，并利用转向架构架模态试验和线路振动试验数据对模型进行验证和修正；研究转向架构架关键几何参数对系统模态频率和振动传递特征的影响，识别转向架构架关键模态和结构几何参数。结果表明：基于梁理论的参数化模型能较好地反映150 Hz以内的构架模态信息，揭示转向架构架关键几何参数对系统模态频率和振动传递特征的影响规律。优化后的构架在38.3 Hz附近，振动幅值降低12.3%，关键位置应力幅值降低14%～17.6%。

关键词: 铁道车辆, 转向架构架, 参数化模型, 振动疲劳, 模态匹配

Abstract: Modal is the “gene” of a system, and the quality of its matching with the service boundary directly determines the dynamic characteristics of the entire system. Taking the bogie frame of high-speed EMUs as the research object, the modal matching method of the bogie frame system is studied in detail. The service boundary characteristics of high-speed EMU bogies and the existing modal matching methods are discussed. Based on the beam theory, a parameteried model of bogie frame and a method for reproducing the service vibration environment of the bogie frame are constructed. The model is verified using the experimental results obtained from the modal tests and the field tests. The influences of key geometric parameters of bogie frame on the system modal frequency and vibration transfer characteristics are studied, and the key modes and structural geometric parameters of the bogie frame are identified. The results show that the parameterized model exhibits a high degree of fidelity in characterizing the modal information of the bogie frame within the 150 Hz frequency range, which is further used to study the influences of the key geometric parameters on the vibration modes and transmissibility of system. Moreover, for the concerned dominating frequency of 38.3 Hz, the optimized bogie frame can low the amplitude of vibration and dynamic stress of critical position by 12.3 % and 14%～17.6%, respectively.

Key words: railway vehicles, bogie frames, parameterized models, vibration fatigue, modal matching

中图分类号:

TG156

吴兴文, 冯志宇, 卿鹏, 杨泞瑞, 张振先, 王燕, 李广泉, 池茂儒, 温泽峰, 梁树林, 金学松. 基于转向架构架参数化模型的构架模态匹配方法研究[J]. 机械工程学报, 2026, 62(16): 167-178.

WU Xingwen, FENG Zhiyu, QING Peng, YANG Ningrui, ZHANG Zhenxian, WANG Yan, LI Guangquan, CHI Maoru, WEN Zefeng, LIANG Shulin, JIN Xuesong. Research on Modal Matching Method Based on Parameterized Model of Bogie Frame[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2026, 62(16): 167-178.

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