车轮多边形是高速列车车轮不圆顺的一种特殊形式,表现为车轮半径沿整个圆周方向周期性变化。高速列车车轮多边形会恶化轮轨动态作用,加剧车辆-轨道部件的振动,影响零部件的可靠性和列车的安全性,受到了生产厂商、运用部门和学者的广泛关注。为了掌握我国高速列车车轮不圆的现状,研究车轮多边形对整车动力学性能的影响,进一步分析车轮多边形的振动响应,实现车轮高阶多边形早期诊断与辨识,提高多边形问题的可控性,本文进行了以下几方面的研究工作:1.对我国多种型号高速列车镟修不圆度测试数据和多边形跟踪测试数据进行统计分析,分析镟轮前后车轮多边形特征参数的分布情况及其随运行里程的变化规律。结果显示,镟修能够有效地减轻车轮不圆的程度,随着列车运行里程的增加车轮不圆程度也随之加深。同时,不同车型的车轮多边形发生频率不同,且往往难以及时检测和控制。2.针对多边形问题较严重的某型高速列车,建立了其整车动力学仿真模型,采用轮径的简谐波函数描述车轮多边形,研究了车轮多边形化对整车动力学性能的影响。仿真结果表明,车轮高阶多边形化会使车辆系统临界速度降低,引起剧烈的轮轨相互作用和很大的轴箱垂向振动。3.为了更好地分析多边形情况下的轴箱振动响应和振动特性,开展了轮对柔性体建模,分析考虑轮对柔性变形时车辆系统的振动响应及其特性。仿真发现,车辆在运行过程中会激发刚柔耦合模型中轮对的结构变形,且轨道随机不平顺的激励加剧了轮对的高频振动,从而使轴箱振动比刚性模型更大、频率成分更复杂。4.为了更好地监测和管控车轮多边形问题,基于轴箱振动加速度响应,提出了车轮高阶多边形的智能诊断和辨识方法:利用CEEMDAN对轴箱垂向振动数据进行处理,利用K-L散度选取有效的IMF,结合多边形的故障特征频率,推断车轮高阶多边形的有无及其阶数。最后,通过刚柔耦合仿真和线路实测数据验证了该方法的有效性、准确性和参数适应性,且具备车轮高阶多边形早期预警的可行性。