为了保证轨道车辆结构关键部件的安全可靠性,设计人员需要在工程设计中准确获得外载荷类型和大小。外载荷的识别在车辆强度设计、结构健康监控和故障诊断中有着重要意义。由于在实际工程中,很多情况无法通过安装传感器来直接获得外部载荷,需要人们采取有效的载荷识别方法重构异常载荷。尤其当外载荷的振动频率覆盖结构的固有主频率时,结构部件可能会产生共振疲劳及断裂失效等重大事故。本文从载荷类型出发,对周期性动载荷、冲击载荷和移动载荷的载荷识别技术进行了优化研究,主要研究工作包括:(1)对于周期性动载荷识别问题,利用Green核函数通过脉冲响应建立传递函数,结合Tikhonov正则化方法、截断奇异值(TSVD)正则化方法和最小二乘QR分解(LSQR)正则化方法对载荷进行识别重构,并讨论了不同载荷类型和不同程度噪声对识别结果的影响。利用实验对周期性动载荷进行验证,通过模态测试获得结构的模态频率,使用试验模态修正法对有限元模型进行修正,让仿真模型与实验模型保持一致,并通过修正前后识别结果验证了模型修正的必要性和有效性。(2)对于冲击载荷识别问题,利用载荷与振动响应的卷积积分关系,建立冲击载荷识别方程。选择L1范数正则化方法构建了冲击稀疏反卷积模型,利用预条件共轭梯度法确定搜索方向并结合截断牛顿内点法进行求解。利用冲击载荷实验验证方法的识别效果,对测点位置和正则化参数选取进行讨论,并在高速列车受电弓上进行验证。(3)对于移动载荷载荷识别问题,利用Green核函数思想建立模态振动响应与模态力之间的传递矩阵,结合正则化方法识别各阶模态力,再利用模态坐标变换对移动载荷进行重构。对测点位置和响应类型对识别精度的影响进行研究讨论,研究不同振动响应和测点位置识别效果影响,并讨论方法的抗噪性。(4)提出了一种基于振动响应识别算法的优化方法,该方法包括对识别算法的优化、传感器布置优化和不同模型修正方法的优化选择等研究。最后结合几种典型的实际算例(悬臂梁板结构、车轮结构与受电弓结构),进行基于振动响应结构载荷识别算法的仿真建模与试验验证。悬臂梁和车轮结构研究结果表明,对于周期性动载荷,利用振动加速度信号结合截断奇异值(TSVD)正则化方法识别结果较好,抗噪性和稳定性也更高,在20%噪声下相关系数也能保持0.95以上;利用实验模态修正法对有限元模型进行修正,实验载荷识别结果鲁棒性和稳定性显著提高。梁板和受电弓结构冲击实验表明,利用L1范数正则化识别冲击载荷时,相关系数保持0.9以上,峰值误差小于30%,识别结果较稳定且对测点位置的选择不敏感。单跨梁移动载荷识别算例中说明了,利用振动响应并结合模态力方法重构移动载荷时,结果具有较好的鲁棒性。