浮置式轨道在垂向弯曲振动模态下的振动放大效应研究

弯曲振动是浮置式轨道的主要振动模态。细致分析弯曲振动模态下浮置式轨道的振动放大效应,对优化轨道隔振设计有重要意义。本文基于有限元理论建立浮置式轨道动力分析模型,采用谐响应法,分析谐振荷载作用下轨道系统在频域内的结构响应,并以隔振效率为评价指标,定量分析弯曲振动模态下浮置式轨道的振动放大效应;探讨轨道结构参数的影响规律,推导一阶弯曲振动固有频率的简化计算公式。结果表明:浮置式轨道在弯曲振动模态下的振动有不同程度放大,一阶弯曲振动模态下的放大较明显,在本文参数条件下振动可放大1.69倍;增大板厚、减小板长及减小板下刚度,可明显减小振动放大效应;板厚大于0.55m或板长小于3.6m时,可不考虑轨道弯曲振动导致的振动放大效应。     

城市轨道交通高架线路轻型浮置板轨道系统隔振性能分析

通过仿真计算分析了两种轻型浮置板轨道系统的隔振性能、不同荷载作用位置对力传递率的影响及传递给基础的力。结果表明,在高于固有频率约1. 4倍时,两种浮置板轨道系统才有隔振效果,且两者隔振效果相差不大;力传递率在低于浮置板系统固有频率的低频段,载荷位置处在中间时较小,在边缘时稍大。普通轨道系统力传递率随离开荷载作用位置在振动频率100 Hz以上衰减很快,而两种浮置板随距离在振动频率10 Hz以上衰减较快。两种浮置板轨道系统在相同位移激励的轮轨力作用下传递给基础的力相差不大,并且在中高频具有良好的隔振性能。     

浮置板轨道结构的振动频率分析

浮置板轨道结构在城市轨道交通中的减振降噪效果最显著,而其减振性能与它的固有频率有关.通过建立浮置板轨道有限元分析模型,对浮置板轨道进行了模态分析.分析了浮置板轨道的断面形状、弹性支座刚度、浮置板长度、弹性支座布置间距等对浮置板轨道系统振动频率的影响.分析结果可为浮置板轨道结构的优化隔振设计提供一定的理论依据.     

橡胶支承浮置板式轨道结构动力计算分析

城市轨道交通引起的振动问题日益受到广泛关注。采用浮置板式轨道结构是目前轨道交通中减振效果最好的措施。利用通用软件ANSYS进行车辆轨道橡胶支承浮置板系统的耦合动力学计算 ,分析浮置板轨道结构动力学性能、车辆动力学性能、浮置板轨道结构的隔振效果     

高架箱梁-浮置板轨道系统隔振性能分析

浮置板轨道作为一种减振轨道广泛应用于城市轨道交通中,为研究其在高架线上的隔振性能,建立箱梁-浮置板轨道耦合系统三维有限元模型。利用谐响应分析的方法,分析了箱梁支座刚度、钢弹簧刚度及支撑间距等参数对箱梁结构振动的影响。结果表明:与普通轨道相比,当荷载频率达到20 Hz以上时,浮置板轨道才表现出明显的隔振性能;钢弹簧刚度的变化对高架桥上浮置板隔振性能的影响主要集中在荷载频率为9~15 Hz以内且影响程度较小。钢弹簧的支撑间距对高架桥浮置板隔振性能的影响主要集中在荷载频率为50 Hz以上,其影响程度较钢弹簧刚度变化的影响要明显;荷载频率在50 Hz以内的影响很小且仅在位移峰值处有变化。     

基于隔振垫超弹性本构模型的橡胶浮置板轨道动力仿真

以地铁橡胶浮置板轨道为研究对象，基于隔振垫超弹性本构建立地铁车辆-橡胶浮置板轨道-隧道耦合动力分析模型，计算橡胶浮置板轨道的动力响应及减振效果。结果表明：隔振垫超弹性本构模型计算的轨道结构及隧道壁动力响应均更接近实测数据；不同隔振垫刚度工况下，超弹性本构模型计算得到的轨道结构位移均小于线弹性本构模型，钢轨和轨道板位移峰值分别相差10%和40%左右；超弹性本构模型计算得到的轨道板加速度峰值较小而基底加速度峰值较大，且随隔振垫刚度增加，2种模型计算的轨道板振动差异减小、基底振动差异显著增大，常用隔振垫静刚度范围（0.019～0.100 N·mm-3）内超弹性本构模型与线弹性本构模型计算的基底加速度峰值之比最大为2.46，而采用线弹性本构模型将低估橡胶浮置板轨道基底振动；超弹性本构模型计算得到的轨道板振动及基底高频振动较小，而基底低频振动较大，传递损失小，而采用线弹性本构模型将高估地铁振动特征频段（50～80 Hz）的减振作用，放大轨道固有频率附近（16～31.5 Hz）振动。     

预制浮置板轨道隔振性能研究

针对现有预制钢弹簧浮置板轨道和预制橡胶浮置板轨道,建立三维有限元模型,通过有限元软件ANSYS做模态分析,得到预制浮置板轨道在不同浮置板厚度和凸台尺寸等参数条件下的固有频率,结合试铺落轴试验研究预制浮置板轨道隔振性能,进而提出在不同工况条件下预制浮置板轨道合理的选型、应用以及搭配方案。     

浮置板轨道系统动力响应分析

为了分析浮置板轨道的动态特性,根据结构动力学原理建立浮置短板-隧道、浮置长板-隧道和普通轨道-隧道的有限元模型。利用落轴冲击仿真分析和施加实测轮轨力进行动力响应分析两种方法,对浮置短板、浮置长板和普通轨道进行仿真分析,对比分析了其动力响应性能。落轴冲击分析结果和施加实测轮轨力谐响应分析的结论一致。这表明:浮置板轨道隔振性能主要由其固有频率决定,只要浮置短板和浮置长板的固有频率相同,隔振性能基本相同。可以通过增加浮置板质量和降低浮置板支承刚度的方法降低浮置板轨道系统的固有频率,以达到较好的隔振性能。     

MTMDs对浮置板轨道结构隔振性能的影响分析

本文建立车辆-浮置板轨道-MTMDs(调谐质量阻尼器)垂向耦合振动频域模型,其中车辆被视为2个转向架双层悬挂的多刚体系统、钢轨被视为离散点支承的无限长Timoshenko梁、浮置板被视为Kirchhoff薄板结构、MTMDs简化为质量-弹簧模型、扣件和板下钢弹簧被视为线性弹簧阻尼单元,通过Matlab软件编制程序计算分析在轨道不平顺作用下MTMDs及MTMDs与基体的质量比对浮置板隔振性能的影响。研究结果表明:在轨道不平顺激励下,针对浮置板轨道固有频率设计的MTMDs能够较有效抑制浮置板结构在固有频率附近的振动放大,同时也能减小扣件系统的力传递率和浮置板垂向振动加速度;MTMDs质量的变化在浮置板固有频率附近产生较大影响,在其他频段几乎不产生影响。在浮置板轨道固有频率附近,随着MTMDs质量的增加,浮置板轨道力传递率峰值、扣件的力传递率峰值以及浮置板垂向加速度功率谱峰值越小,其振动控制率越大。MTMDs总质量与浮置板质量比为0.1时,其在浮置板固有频率附近对浮置板力传递的控制率达到30%以上,已较好抑制浮置板在固有频率附近对振动的放大。     

城市轨道交通低频减振轨道结构研究

针对城市轨道交通常规减振型轨道结构在低频域(30Hz)范围内因共振放大低频振动的现象,提出一种被动式动力减振轨道结构。基于扩展定点理论和有限单元法,利用最优同调和最优阻尼条件,得到抑制浮置板轨道1阶模态振动的最优刚度和阻尼。以短型钢弹簧浮置板轨道为例,建立车辆-被动式动力减振浮置板轨道耦合动力学模型。计算结果表明:被动式动力减振浮置板可有效抑制13 Hz(短型浮置板1阶固有频率)附近的振动加速度,质量比为0.2时被动式动力减振浮置板使13Hz处振动降低12dB;被动式动力减振浮置板使弹簧支点反力在13Hz附近的峰值明显降低,有效降低传递至周围建筑物的低频振动;被动式动力减振浮置板轨道结构的质量比越大,其对1阶模态振动的减振效果越好。     

钢弹簧浮置板轨道结构在不同频段的隔振效率

建立三维钢弹簧浮置板轨道结构的、具动力传递特性的有限元分析模型,针对不同设计参数和激振频率,研究该轨道结构的动力传递特性和隔振效率。计算结果表明,所采用的方法可详细解剖浮置板相关设计参数对隔振效率的影响,可以为钢弹簧浮置板轨道结构的国产化和动力优化设计等工作提供理论参考。     

基于TMD的钢弹簧浮置板轨道结构改进研究

为提升钢弹簧浮置板轨道低频域制振性能,应用有限元方法建立地铁车辆-钢弹簧浮置板轨道耦合动力学模型,对带凸台的常规钢弹簧浮置板轨道进行结构改进设计。参考某地铁实际线路,基于TMD定点理论以及多自由度系统等价质量识别法,通过对无凸台钢弹簧浮置板轨道进行模态分析和谐响应分析,确定钢弹簧浮置板凸台下减振元件的最优刚度、最优阻尼;然后基于车辆-钢弹簧浮置板轨道耦合动力学模型,研究列车动荷载作用下钢弹簧浮置板轨道改进前后低频域制振效果。结果表明:改进后的钢弹簧浮置板轨道能够有效地抑制轨道板固有频率附近频段的低频振动;合理的TMD参数匹配能够有效地控制列车动荷载下钢弹簧浮置板基频范围内的低频振动及对应频段钢弹簧支反力向周围基础的传递。     

基于地铁列车运行引起的振动预测模型的浮置板轨道减振效果研究

针对地铁列车运行引起的隧道及土层振动响应问题提出数值预测模型。该模型根据移动荷载作用下动力响应解,将地铁列车运行引起的振动问题归结为计算频率-波数域内传递函数和频域内移动轴荷载问题。传递函数采用三维周期性有限元-边界元耦合模型计算,移动轴荷载主要考虑为频域内轨道不平顺激励下轮轨接触力。利用上述模型计算北京地铁4号线北京大学东门站北侧区间地铁列车运行引起的振动响应,并结合现场振动实测数据探讨该区间浮置板轨道减振效果。结果表明:模型具有良好适用性,可应用于地铁列车运行引起的振动预测;浮置板轨道是一种有效减振措施,在其工作频段内有明显减振效果,但在低频,浮置板轨道不能起到减振作用。     

特殊浮置板轨道隔振效果的三维数值研究

针对城市轨道交通可能引发的低频振动,采用特殊浮置板轨道进行室内激振试验.运用MIDAS/GTS程序,建立"轨道-隧道-地层"三维耦合模型,选取不同弹簧刚度和支承间距的4种组合,计算简谐荷载作用下的加速度响应,分析浮置板上、隧道底板上和地表的竖向、水平加速度级和不同位置的加速度级损失.结果表明:①在浮置板和隧道底板上,竖向加速度级量值比水平加速度级大;距隧道中线20 m处地表,水平比竖向加速度级大;②在支承间距不变的情况下,轨道的基频与弹簧刚度成正比;弹簧刚度不变时,轨道的基频与支承间距成反比;③弹簧刚度的降低和支承间距的增大,可提高隔离低频竖向振动的效果,加速度级损失可达47dB以上;④弹簧刚度越小、支承间距越大,则对于基频以上频段,隔离低频水平振动效果越好,对于基频以下频段,隔振效果越差.     

单轮对纵向动力学数值分析

轮对的纵向振动会影响机车车辆动力学性能,而且是轮轨非正常磨耗的一个重要因素。但是机车车辆动力学研究中,对轮对的纵向动力学特点的研究往往被忽略。文章建立了一个包括x方向的运动、轮对的摇头、点头扰动和轮对的横移的4自由度单轮对计算模型,并对该模型进行数值仿真,研究其纵向振动现象。最后讨论了系统参数对纵向动力学行为的影响,认为一系纵向刚度、轴重和黏着系数对纵向振动影响很大。     

耦合轮对的应用研究

建立了耦合轮对转向架车辆的动力学计算模型,利用数值模拟方法对不同半径曲线的通过情况进行了动态仿真计算.通过传统轮对与独立轮对、耦合轮对的比较,认为耦合轮对具有更好的动力学性能.基于耦合轮对的特点,提出采用耦合轮对抑制粘滑振动的新方法,并对其可行性进行了分析.分析表明,由于耦合轮对蠕滑力的可控性,采用耦合轮对能有效抑制轮对的粘滑振动.     

轨道交通路基段减隔振屏障的模型试验研究

为了研究不同因素对屏障减隔振效果的影响,通过模型试验得到300 Hz内10 Hz整数倍的不同频率简谐荷载引起的振动波在地表的传播衰减规律,并对比分析无屏障及钢筋混凝土板、泡沫塑料板、非连续空井排、连续空井排、不同排距排桩、不同排数排桩等不同减隔振屏障措施的减隔振效果。试验结果表明:钢筋混凝土板屏障的减隔振效果最好;非连续空井排屏障与排桩屏障的减隔振效果无明显差异;当桩距固定为1.5倍桩径,调整排距至2.5倍桩径时,排桩屏障的减隔振效果最佳;排数越多,排桩屏障的减隔振效果越好;在各类减隔振屏障后均存在一定范围的振动隔离区,在振动隔离区范围外,屏障的减隔振效果消失。     

基于虚拟激励法的轨道车辆垂向振动响应分析

针对传统的随机振动分析方法计算复杂、计算量大的问题,提出采用虚拟激励法求解轨道车辆的垂向振动响应,建立某型车辆的垂向动力学模型,求解车辆的垂向振动响应并验证模型的正确性.与传统求解方法的计算结果比较表明,虚拟激励法适合于求解车辆的垂向振动响应,并且计算简单.在频域内对车辆垂向振动响应的分析表明:随着车辆运行速度的提高,车体、前后转向架以及一位轮对的垂向加速度的功率谱密度和振动主频均增大,轮对的垂向振动经一系悬挂传到转向架,再经二系悬挂传到车体,其振动频率f降低,振动幅值迅速减小,传到车体上时振动已变得很弱;f＞5Hz时,车体、前后转向架和一位轮对垂向加速度的功率谱密度均随着一系阻尼器两端橡胶节点刚度与一系弹簧刚度比值的增大而增加,尤其是车体和前后转向架的垂向加速度的功率谱密度变化更为明显,因此降低橡胶节点的刚度有利于提高车辆运行的平稳性.