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研究生: 王俊翰
Wang, Jun-Han
論文名稱: 以傳遞路徑分析法評估軌道車輛輪軌接觸力
Evaluating The Wheel/Rail Contact Force of Rail Vehicles with Transfer Path Analysis Method
指導教授: 郭振銘
Kuo, Chen-Mang
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 土木工程學系
Department of Civil Engineering
論文出版年: 2021
畢業學年度: 109
語文別: 中文
論文頁數: 79
中文關鍵詞: 脫軌係數輪軌接觸力傳遞路徑分析法頻率響應函數軌道車輛安全
外文關鍵詞: Derailment Coefficient, Wheel/Rail Contact Force, Transfer Path Analysis, Frequency Response Function, Safety of Rail Vehicles
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  • 評估軌道車輛行駛安全性的背景理論多以Nadal提出之脫軌係數來訂定相關規範,其中輪軌接觸的垂向力與側向力為計算脫軌係數中最為重要的參數之一,輪軌接觸力會隨時間與位置不斷變化,然而隨時間連續的輪軌接觸力量測不易。
    本文比較應變規量測法與傳遞路徑分析法的優缺點,選擇以傳遞路徑分析法量測輪軌接觸力,將加速規佈置於模型上,透過衝擊錘試驗與操作振動量測取得系統頻率響應函數與模型運動時的加速度反應,並使用傳遞路徑分析法結合兩實驗之結果評估輪軌接觸力。
    為驗證傳遞路徑分析法用於評估軌道車輛輪軌接觸力之可靠度,本文利用Simpack多體動力學軟體模擬實驗模型之輪軌接觸力,比對實驗結果與模擬結果。結果顯示輪軌接觸垂向動態力平均誤差約7.4%,輪軌接觸側向動態力平均誤差約9.2%,初步驗證了傳遞路徑分析法用於量測軌道車輛輪軌接觸力之可行性。期待未來此量測法能搭配不同操作狀態仍至實車上的應用,若長時間監控可做為軌道車輛之安全依據及軌道之養護參考。

    The derailment coefficient is a major indicator for evaluating the safety of the rail vehicles, and the vertical force and the lateral force in the Wheel/Rail Contact are one of the most important parameters for calculating the derailment coefficient.
    This study compared the strain gauge method and Transfer Path Analysis. We chose to measure the Wheel/Rail Contact Force by the Transfer Path Analysis. We placed the accelerometer on the model, and measured The Frequency Response Function of the system and acceleration response when the model was operating through the impact testing and the operational vibration and used the Transfer Path Analysis to combine the results of the two experiments to evaluate the Wheel/Rail Contact Force.
    To verify the reliability of the Transfer Path Analysis used to evaluate the Wheel/Rail Contact Force, this study used SIMPACK to simulate the Wheel/Rail Contact Force of the model. The results showed that the mean error of the vertical force in the wheel/rail contact force was about 7.4%, and the mean error of the lateral force in the wheel/rail contact was about 9.2%, which preliminarily verified the feasibility of the Transfer Path Analysis for measuring the Wheel/Rail Contact Force.

    摘 要 I EXTENDED ABSTRACT II 致 謝 XI 目 錄 XII 表 目 錄 XV 圖 目 錄 XVI 第1章 緒論 1 1.1 研究動機與目的 1 1.2 文獻回顧 2 1.2.1 轉向架縮尺模型 2 1.2.2 輪軌接觸 4 1.2.3 力量識別 6 1.3 本文架構與研究流程 8 第2章 相關理論介紹 10 2.1 脫軌理論 10 2.2 衝擊錘原理 11 2.3 快速傅立葉轉換 (Fast Fourier Transform, FFT) 13 2.4 頻率響應函數 (Frequency Response Function, FRF) 14 2.5 傳遞路徑分析 (Transfer Path Analysis, TPA) 15 第3章 實驗方法與流程 17 3.1 實驗方式 18 3.1.1 衝擊錘試驗 18 3.1.2 操作振動量測 22 3.2 實驗設備 29 3.2.1 衝擊錘 (Impact Hammer) 29 3.2.2 加速規 (Accelerometer) 30 3.2.3 LMS SCADAS多通道訊號擷取暨系統 31 3.2.4 LMS Test.Lab多功能測試分析軟體 32 第4章 電腦軟體模擬分析 33 4.1 軟體介紹 33 4.1.1 SolidWorks 33 4.1.2 Simpack 34 4.2 模型建立流程 35 4.3 SolidWorks整車模型 36 4.3.1 模型分解 36 4.3.2 物質特性計算 37 4.3.3 檔案匯出設定 40 4.4 Simpack模型建立 41 4.4.1 輪對模型 41 4.4.2 軌道模型 44 4.4.3 轉向架模型 47 4.4.4 軸箱模型 48 4.4.5 模型整合 49 4.5 模型驗證 51 4.5.1 靜平衡 51 4.5.2 最大剩餘加速度 53 4.5.3 Marker點的相對位置 54 第5章 實驗與模擬結果比較 55 5.1 實驗結果 55 5.2 模擬結果 63 5.3 實驗結果與模擬結果比較 65 第6章 結論與建議 70 6.1 結論 70 6.2 建議 71 參考文獻 72 附錄A 馬達轉速279.6rpm之訊號與模擬結果 74

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