[發明專利]一種動態載荷識別方法

在審

• 申請號: 201811185968.0
• 申請日: 2018-10-11
• 公開（公告）號: CN111046600A
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 夏亮;丁杰;王永勝;曾亞平;陳俊;彭宣霖;朱宇龍;臧曉斌;李振鵬;賀建軍
• 申請（專利權）人: 株洲中車時代電氣股份有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;張杰

本發明提供了一種動態載荷識別方法，包括以下步驟：S1：根據被測對象建立相應的有限元模型；S2：在所述有限元模型中確定載荷輸入點與載荷響應點的位置；S3：通過模態計算對所述有限元模型進行模態特征值分析，得到模態振型矩陣；S4：基于所述模態振型矩陣計算得到模態轉換矩陣，利用所述模態轉換矩陣通過位移轉換關系將物理坐標空間的動力學方程轉換成模態坐標空間的動力學方程；S5：對所述模態坐標空間的動力學方程進行時域到頻域的轉換，得到頻率響應函數；S6：將采集得到的載荷響應點的響應輸入到所述頻率響應函數中，通過對所述頻率響應函數進行矩陣求逆得到載荷輸入點的動態載荷，完成動態載荷識別。

技術領域

本發明屬于結構動力學領域，尤其涉及一種動態載荷識別方法。

背景技術

作為電力機車的核心部件，牽引變流器通過調壓調頻控制實現對交流牽引電動機的啟動、制動和調速控制。變流器安裝在機車的機械間，變流器的內部包含有自動變速箱控制單元TCU、電阻單元、風機、接觸器等重要電氣元件，來自輪對和車體的沖擊對變流器的正常運行會產生較大的影響。同時，變流器的質量很大，變流器的內部還設置有風機、變壓器和電抗器等振源，機車車身在機車行駛過程中同樣會受到來自變流器的較大的振動沖擊。因此，不論是對變流器本身還是機車車身，獲取變流器或者車身在機車運行過程中的動態載荷力都顯得尤為重要。

動態載荷識別屬于結構動力學中的第二類逆問題，就是在已知結構系統參數的情況下，根據結構承受荷載時測得的結構上有限響應點的響應，求出反作用于結構上的荷載。動態載荷識別方法一般有頻域法和時域法，同時還衍生出諸如SWAT法、奇異值分解法和小波神經網絡等方法，這些方法有各自明顯的優缺點。其中，基于頻域的矩陣求逆法最為常見，過程相對簡單，但是計算量很大，耗費分析資源。時域法則是最近才開始研究興起的方法，存在一定的累計誤差。而其他的衍生方法雖然有各有優點，但是需要積累數值計算和信號處理的經驗，使用起來門檻相對較高。

因此，針對機車變流器或者機車車身的動態載荷識別的問題，為了在保證準確性、易用性的基礎上進一步提高效率，需要提出一種新的、更有效的動態載荷識別方法。

發明內容

針對上述技術問題，本發明的主要目的在于提供一種動態載荷識別方法，以解決現有技術中動態載荷識別方法不能在保證準確性、易用性的基礎上同時保證更高的有效性的問題。

本發明的技術方案是通過以下方式實現的：

一種動態載荷識別方法，包括以下步驟：

S1：根據被測對象建立相應的有限元模型；

S2：在所述有限元模型中確定載荷輸入點與載荷響應點的位置；

S3：通過模態計算對所述有限元模型進行模態特征值分析，得到模態振型矩陣；

S4：基于所述模態振型矩陣計算得到模態轉換矩陣，利用所述模態轉換矩陣通過位移轉換關系將物理坐標空間的動力學方程轉換成模態坐標空間的動力學方程；

S5：對所述模態坐標空間的動力學方程進行時域到頻域的轉換，得到頻率響應函數；

S6：將采集得到的載荷響應點的響應輸入到所述頻率響應函數中，通過對所述頻率響應函數進行矩陣求逆得到載荷輸入點的動態載荷，完成動態載荷識別。

優選地，所述步驟S4中的物理坐標空間的動力學方程表達式如下：

其中，M、C和K分別為被測對象的質量矩陣、阻尼矩陣和剛度矩陣，{X}和{F}分別為被測對象的載荷響應點的物理位移和載荷輸入點的動態載荷，為對{X}中各元素分別進行二階偏導的結果，為對{X}中各元素分別進行一階偏導的結果。

優選地，所述步驟S3中的模態計算的表達式如下：