基于FE-SEA混合法箱形梁结构噪声预测分析

利用有限元统计能量法,建立不同频段振动的计算模型,分析交通荷载在2.5～500Hz频段时箱形梁结构振动噪声的频域空间特性,并计算高架箱形桥梁各板单元对远场点声压的贡献量。结果表明:轮轨力作用下,箱形梁振动和结构噪声的最大幅值频率均为50Hz,也是轮轨力最大幅值对应的频率;高架箱形桥梁结构振动响应优势频率集中在31.5～100Hz频段,与轮轨力优势频率范围一致;荷载作用下箱形梁各板单元的振动和声压辐射响应规律大致相同,振动和声压辐射响应由大到小依次为顶板、翼板、腹板;与其他板单元相比,箱形梁顶板的声压贡献量较大,在远场点达到总声压的70%。采用FE-SEA混合法预测箱形梁结构噪声能够保证精度,提高计算效率,并扩展结构噪声研究的频率范围,提高了预测精度。     

钢轨声辐射特性的数值计算方法

声辐射系数是轮轨噪声预测的重要参数,用边界元方法预测声辐射系数,并以钢轨为例,计算了垂向和横向声辐射系数。计算结果表明:625 Hz以下,钢轨的横向、垂向声辐射系数随频率呈线性变化;1000 Hz以下钢轨的横向声辐射系数强于垂向声辐射系数;1000 Hz以上垂向声辐射系数大于横向声辐射系数,垂向声辐射系数在1000 Hz以上有两个峰值,分别在2000 Hz和5000 Hz;在1500 Hz~3000 Hz范围内钢轨垂向声辐射系数较大,这个频率内以垂向振动对声的贡献最大,这也是钢轨噪声的主要贡献频率;在5000 Hz附近要弱于2000 Hz附近的声辐射系数。该方法能很好地预测结构的声辐射系数,较好地解决了振动与噪声之间的联系问题,为轮轨噪声预测开辟了一条途径。     

铁路32 m混凝土简支箱梁结构噪声试验研究

以32 m单线和双线单室混凝土简支箱梁为对象,通过噪声试验、结构有限元和声学有限元分析,研究箱梁结构噪声的声辐射特性、峰值频率产生的原因及评价方法.结果表明:列车通过桥梁时,离箱梁表面较远处的噪声级起伏不大,可采用稳态算法简化分析;混凝土箱梁的结构噪声主要分布在250 Hz以下,且随频率的增加而迅速衰减,因此理论预测时可将250 Hz作为截止频率;单线和双线箱梁的2个噪声峰值频率分别为63和160 Hz,以及50和315 Hz,二者均在第1个峰值频率处达到最大声压级,且此峰值频率处的噪声具有明显的有调性;不同箱室尺寸箱梁的结构噪声声辐射差异较大,车速并不是噪声的第一决定因素;混凝土箱梁结构噪声的峰值频率出现在声辐射效率和振动响应均较大处,因此应避免结构振动模态和空腔声学模态重合而导致空腔共鸣引起的噪声被放大;建议修订铁路噪声相关规范时,考虑混凝土箱梁低频结构噪声的危害.     

不同减振垫刚度下板式轨道减振特性研究

板式减振垫轨道能降低列车运营对周围环境的影响,确保城市轨道交通引起的振动满足环保要求,在高等减振设计中普遍采用。基于轮轨耦合作用,建立城轨列车-板式减振垫轨道-下部基础有限元模型,对不同减振垫刚度下板式轨道结构进行模态、谐振分析,并对其减振性能进行研究。研究表明:(1)减振垫轨道结构的固有频率随着减振垫刚度的增大而增大,振型包括轨道板的平动、转动、弯曲和钢轨的侧翻、扭转;(2)钢轨至轨道板的传递损失集中在15~30 d B,而轨道板至基底的传递损失峰值达51 d B;(3)车体加速度、轮轨垂向力、钢轨加速度、基底垂向加速度随着减振垫刚度的增大呈增大趋势,而钢轨位移、轨道板加速度和位移呈减小趋势;(4)板式减振垫轨道在25~100 Hz频段的减振效果较好,特别是1/3倍频程中心频率63 Hz处,插入损失达24 d B;在1~25 Hz频段的减振效果一般,而且局部频段出现振动放大的情况。     

轨面不平顺对高架支承块轨道结构振动特性影响试验研究

针对轨面不平顺对高架支承块轨道结构振动特性的影响进行现场试验,分别从时域和频域对比分析不同轨面不平顺状态下轨道结构的振动响应,重点考虑10～1 000 Hz频率范围内的振动.分析结果表明:轮轨冲击力和轨道结构振动加速度幅值随轨面不平顺幅值的增加而增大,同时也受到轨面不平顺类型和波长分布的影响;轨面不平顺引起的钢轨振动频率主要分布在50～1 000 Hz的范围内,承轨台、桥面板垂向振动频率分布在40～200 Hz的范围内,轨面不平顺的波长分布是影响轨道结构振动频率分布特性的主要因素之一;降低谐波型轨面不平顺幅值0.2mm,可以减小钢轨垂向振动水平14.1dB.建议将轨面不平顺谱加入轨道质量的评价指标中.     

基于扣件FVMP模型的车-轨耦合随机振动分析

针对高速铁路钢轨扣件,结合其动态力学性能试验,基于高阶分数阶导数理论建立扣件动参数频变FVMP模型,并将该模型应用于车辆-轨道随机振动模型中,采用格林函数法及虚拟激励法分析扣件动参数频变对车辆及钢轨结构振动的影响。计算结果表明:扣件的动参数对频率和温度具有明显的依赖性,而高阶分数阶导数FVMP模型能准确表征这种力学行为;扣件动参数的频变特性对车体的垂向振动无较大影响,但对频率在20～70 Hz范围内的转向架随机振动有一定影响;考虑扣件动参数频变特性后轮对与钢轨振动所受影响较大,轮对加速度功率谱密度在中频段的峰值相差64.2%,钢轨加速度功率谱密度在中频段的峰值相差55.2%;扣件FVMP模型得到的轮轨随机振动频域分布向高频偏移,且中高频段内轮轨振动响应减小;忽视扣件动参数随频率变化的特性将难以准确表征轮轨中高频段内的振动响应。     

铁道客车车体模态分析及垂向弯曲频率优化研究

基于有限元模态分析和试验模态分析技术对某型铁道客车车体进行了模态参数识别。由于整备车体一阶垂向弯曲频率的计算值与试验值均低于标准要求的10Hz,利用有限元模态分析方法对车体结构进行了局部优化,最终使整备车体一阶垂向弯曲频率提高到10.64Hz,满足了标准的要求。     

某型地铁车辆设备吊挂刚度与车体模态匹配研究

对某型地铁车辆整备状态有限元模型进行了模态和5～100Hz正弦激励仿真计算,分析设备吊挂刚度对车体地板的振动影响。计算结果表明,车下设备吊挂刚度对弹性车体的各种振动模态均有不同程度的影响;车体空气弹簧位置激励时,地板在不同吊挂刚度时的振动响应主要集中在40Hz以内,合适的设备吊挂刚度可有效的降低地板的振动幅值并增加一阶垂弯频率,吊挂刚度对地板在12Hz以上的振动响应影响不大,同时发现刚性吊挂有助于增加车体的刚度;设备激励时,引起地板振动响应主要集中在20Hz以下,激励频率在车体一阶垂弯模态频率附近时,弹性吊挂刚度小于一定值时才能有效地减小地板振动的响应幅值。     

铁路混凝土箱梁箱内空腔共鸣噪声及其影响研究

为探讨铁路混凝土箱梁箱内空腔共鸣噪声及其影响,以某客运专线32m预应力混凝土简支箱梁为研究对象,开展实桥振动与噪声试验,分析箱梁振动与噪声的时域特性及频谱特性。采用有限元法建立三维空腔声模型,分析箱内空腔声模态与腔内噪声峰值的关联性。采用边界元法分别建立两端封闭与两端开口的箱梁声学模型,验证箱内空腔共鸣噪声的来源及其影响。结果表明:在特定行车速度下,箱内噪声出现"拍"现象,显著增大箱内噪声,瞬时最大声压可达40Pa,峰值频率为75.0Hz;箱内噪声的"拍"现象来源于顶板的振动噪声,顶板的振动峰值频率与箱内空腔垂向声模态频率吻合时,箱内噪声显著增大;由于梁缝的声泄漏特性,箱内空腔共鸣噪声在梁缝处衰减较大,但其对桥梁两侧总体噪声的影响不可忽略。     

高速列车作用下双块式无砟轨道与路基垂向耦合振动分析

针对双块式无砟轨道和路基的结构特点,建立车辆-轨道-路基垂向耦合动力学频域分析模型,模型充分考虑机车车辆、双块式无砟轨道和路基的相互耦合作用。车体、转向架和轮对被视为多刚体系统,一系和二系悬挂用弹簧阻尼元件模拟;双块式无砟轨道和路基系统视为多层叠合梁模型,彼此用弹簧阻尼元件联结。推导双块式无砟轨道和路基系统振动响应的解析表达式,计算得出轨道和路基耦合系统的动柔度特性,结合虚拟激励法提出该模型在轨道随机不平顺激励时动力学响应的求解方法,分析高速列车荷载作用下双块式无砟轨道和路基的随机振动响应及其振动传递特性。研究结果表明:在10～5 000Hz频率范围内,钢轨的动柔度幅值远大于道床与路基的动柔度幅值,而道床动柔度幅值在30Hz以上频段大于路基的动柔度幅值;钢轨振动的能量分布频段较道床和路基要宽,道床和路基振动主要集中于163.9Hz左右频段;对于无砟轨道和路基耦合系统的振动功率,钢轨最大,道床次之,路基最小;道床和路基振动功率在100Hz以上中高频段,衰减比较快,而在100Hz以下低频段,其衰减不明显;在300Hz以上高频段,钢轨-路基间振动衰减较大,其主要原因是受钢轨-道床间振动衰减波动的影响。