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。     

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。     

提升钢弹簧浮置板轨道稳定性的抑振调频装置研究

在轨道板上安装抑振调频装置是提高钢弹簧浮置板轨道稳定性的有效措施。基于有限元方法与车辆-轨道耦合动力学理论，建立考虑抑振调频装置的车辆-钢弹簧浮置板轨道耦合动力学模型，计算分析抑振调频装置刚度、阻尼和预紧力3个关键参数对钢弹簧浮置板轨道自身稳定性、减振效果及行车平稳性的影响。结果表明：抑振调频装置可有效抑制浮置板轨道振动，调节轨道板固有频率；轨道板位移频响幅值随抑振调频装置刚度、阻尼的增大呈指数规律减小，受预紧力影响不明显，当刚度在0～10 kN·mm^-1、阻尼在0～100 kN·s·m^-1范围变化时，抑振调频装置的调节效果显著且易实现；增大抑振调频装置的刚度、阻尼和预紧力均可有效降低轨道系统和车辆的振动加速度，但各自的作用不同，刚度最为明显，其次是阻尼，预紧力较小；在钢弹簧浮置板轨道上设置刚度为6.5 kN·mm^-1、预紧力为2 kN、阻尼为60 kN·s·m^-1的抑振调频装置后，基底加速度较减振扣件轨道和未安装抑振调频装置的浮置板轨道分别降低了74.5%和15.6%，有效提高了轨道系统的稳定性。     

刚弹簧浮置板动力吸振器设计

基于动力吸振器定点扩展理论,将单自由度动力吸振器设计理论与多模态控制理论相结合,应用于浮置板轨道动力吸振器设计中,并根据有限元模型中车辆荷载作用下浮置板轨道道床1 00 Hz内的振动频谱特性,确定动力吸振器的制振频段,结合相应频段内浮置板振动模态,设计动力吸振器参数和安装位置.通过对安装动力吸振器前后车辆荷载作用下浮置板轨道道床振动响应进行对比,发现采用该方法设计出的动力吸振器能够有效降低道床板目标频段的振动,同时钢轨在该频段附近的振动也得到相应的抑制.     

钢弹簧浮置板动力吸振器设计

基于动力吸振器定点扩展理论,将单自由度动力吸振器设计理论与多模态控制理论相结合,应用于浮置板轨道动力吸振器设计中,并根据有限元模型中车辆荷载作用下浮置板轨道道床100 Hz内的振动频谱特性,确定动力吸振器的制振频段,结合相应频段内浮置板振动模态,设计动力吸振器参数和安装位置。通过对安装动力吸振器前后车辆荷载作用下浮置板轨道道床振动响应进行对比,发现采用该方法设计出的动力吸振器能够有效降低道床板目标频段的振动,同时钢轨在该频段附近的振动也得到相应的抑制。     

城市轨道车辆车体被动式吸振器减振设计研究

针对城市轨道车辆车体振动的问题,建立了含被动式吸振器的车轨垂向振动模型,指出了传统二自由度被动式吸振器应用在轨道车辆上的局限性,提出了适用于城市轨道车辆车体被动式吸振器减振设计方法,利用Sperling平稳性指标验证了被动式吸振器在不同速度和载客量工况下的减振效果,探讨了被动式吸振器的安装可行性。研究结果表明:传统被动式吸振器的减振最佳点偏离了车体固有频率点,存在一定的偏差;优化设计后的被动式吸振器的最佳减振点和车体固有频率点相互吻合,具有最优减振效果。不同速度和载客量工况下,优化设计的被动式吸振器都能获得较好的减振效果,应用在轨道车辆车体上具有可行性。为利用被动式吸振器来降低车体振动的研究和应用提供了参考依据。     

减振轨道对高架桥梁低频振动特性的影响

基于有限元方法与车辆—轨道耦合动力学理论,针对城市高架轨道交通引起的低频振动现象,着重分析了常用高架简支箱梁在铺设非减振型轨道、钢弹簧浮置板轨道和被动式动力减振浮置板轨道3种情况下的低频振动特性。结果表明:在0~30 Hz,非减振型轨道板因与梁体共同运动,其振动水平较钢弹簧浮置板略低,但非减振型轨道板无法有效衰减传递到桥梁结构的振动;在15~30 Hz,钢弹簧浮置板通过增大轨道板自身振动的方式降低板下结构的振动,墩顶的振动加速度级衰减量约10~20 d B,但会放大轨道在1阶固有频率(5 Hz左右)处的振动水平;插入控制1阶模态振动的被动式动力吸振器,可使浮置板及桥墩各测点在1阶固有频率处的振动大幅衰减,桥墩的振动加速度级衰减量约为10 d B,有效弥补了钢弹簧浮置板结构的不足。     

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。     

橡胶浮置板无砟轨道过渡段动力学性能分析

无砟轨道过渡段刚度不连续,导致车辆和轨道结构系统动力学响应差别很大。针对这种情况,采用车辆—轨道系统动力学耦合模型分析方法,研究了设置橡胶浮置板无砟轨道过渡段对地铁车辆和轨道结构的动力学响应。算例结果表明,橡胶浮置板轨道过渡段的设置对地铁车辆和轨道系统产生较好的低动力响应,且使得轨面动位移变化平缓,同时降低了车体的振动加速度。     

考虑高分子材料频变特性的钢轨吸振器设计评价方法

高分子弹性材料是钢轨吸振器的组成之一,其刚度和阻尼参数具有频变特性。为探明该特性对吸振器的减振降噪效果的影响,以某款钢轨吸振器为例,首先对其刚度和阻尼参数进行科学测试和表征,然后基于车辆-轨道耦合动力学理论和边界元理论分别建立车辆-钢轨吸振器-轨道耦合动力学模型和钢轨辐射噪声计算模型,研究吸振器频变效应对抑制目标频率处振动和降低钢轨辐射噪声的影响。最后,基于以上研究,提出在钢轨吸振器参数选取时采用其固有频率处对应的刚度和阻尼参数来近似替代频变参数的方法并验证其准确性。研究结果表明：在宽频激励的作用下,钢轨吸振器的刚度和阻尼参数有明显的频变特性,若在进行吸振器的参数选取时采用低频常量参数,则会高估其在工作频率的减振和降噪效果达4 dB以上。分数阶Zener模型的参数K₀、K_∞、τ变化与钢轨吸振器的减振降噪效果呈正相关,其中,K_∞的影响最大,τ次之,K₀最弱,而分数阶数γ与钢轨吸振器的减振降噪效果呈负相关。与钢轨吸振器采用低频常量参数的设计方法相比,用吸振器固有频率处的常量刚度和阻尼参数近似替代频变参数...     

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。     

钢弹簧失能下车辆-浮置板轨道耦合系统动力特性研究

在列车荷载作用下浮置板轨道会发生钢弹簧失能,为研究此问题对车辆-浮置板轨道系统动力特性的影响,基于车辆-轨道动力学理论,建立车辆-浮置板轨道耦合动力学模型,研究不同钢弹簧失能数量、位置、组合形式对车辆-浮置板轨道系统动力响应的影响。结果表明：当钢弹簧失能数量相同时,同一块浮置板的振动响应板中位置大于板端位置;钢弹簧失能1个时,板中位置钢轨、浮置板位移最大值分别比板端位置大0.49 mm和0.22 mm,加速度有效值分别比板端位置大13.34%和21.42%;单侧连续失能钢弹簧数量≥2个时,列车荷载作用下钢轨和浮置板垂向位移最大值均分别超出《浮置板轨道技术规范》规定的限值4 mm和3 mm;车体在频域上的振动响应主要集中在10 Hz内,钢弹簧失能会导致车体振动响应在频域上增大;单侧钢弹簧失能2个比双侧失能2个的钢轨位移最大值、加速度有效值分别增大17.75%、2.22%,比正常状态下钢轨位移、加速度分别增大37.08%,10.84%。钢弹簧失能增加了系统的振动响应,影响减振效果,应注意及时检修。     

地铁预制式浮置短板轨道动力仿真分析

浮置板轨道结构是目前降低地铁振动和噪声最有效的减振结构。基于车辆轨道耦合动力学原理建立浮置板轨道的动力学分析模型,研究车辆运行速度、支座动刚度的变化对预制浮置短板轨道系统动力学参数的影响,并通过现场测试进行了验证。     

浮置板轨道系统动力响应分析

研究目的:随着交通密度的不断增加,荷载不断加重,车速不断提高,交通引起的振动对城市生活环境和工作环境产生极大的影响,交通引起的振动已经成为环境公害。浮置板轨道系统具有良好的减振性能,因而在工程中获得了广泛的应用。研究方法:建立浮置板轨道结构双层连续弹性梁模型,用傅里叶变换法并且借助MATLAB软件编制程序求得了轨道结构的振动响应,得到了传递到地面的最大激振力与激振频率的关系曲线,分析了浮置板弹性支撑刚度、阻尼及浮置板的单位长度质量对浮置板轨道系统减振效果的影响。研究结果:得到了浮置板弹性支撑刚度的合理取值范围为6~30 MN/m,浮置板支撑阻尼的合理取值范围为40~80 kN.s/m,及浮置板的单位长度质量的合理取值范围为2 000~4 000 kg/m。研究结论:浮置板轨道系统对较高激振频率的振动有很好的减振效果,浮置板弹性支撑刚度的取值越小浮置板减振效果越好。     

橡胶浮置板轨道垂向动力特性分析

根据浮置板轨道系统的结构特点及隔振原理,结合轮轨系统耦合动力学理论,建立了车辆—橡胶减振垫型浮置板轨道系统垂向耦合振动模型,以美国五级谱随机不平顺作为轮轨激励,计算了车辆和轨道系统的动力响应,并分析了减振垫面刚度对轨道结构动力特性及垂向力的传递特性的影响。计算表明,减振垫的面刚度对车辆系统的动力响应影响不大,但对轨道系统影响较大;随着面刚度的减小,传递到基础上的垂向力明显减低,而钢轨和浮置板的垂向变形会有所增大;在保证轨道系统稳定性的前提下,存在合理的较低的减振垫面刚度,使得减振效果最佳。     

高架轨道-桥梁耦合系统振动特性分析

分别建立了钢弹簧浮置板轨道-桥梁耦合系统、弹性扣件轨道-桥梁耦合系统的有限元模型,分析比较了该2种轨道-桥梁耦合系统在不同桥梁支座下的振动特性。结果表明,桥梁弹性支座降低了系统的刚度,从而使系统的固有频率低于刚性支座下的固有频率;钢弹簧浮置板轨道-桥梁耦合系统的固有频率随着轨道板下弹簧刚度的增大而增大;扣件刚度的改变对于弹性扣件轨道-桥梁耦合系统的振动特性几乎没有影响;钢弹簧浮置板轨道-桥梁耦合系统以及弹性扣件轨道-桥梁耦合系统的固有频率均低于桥梁自身的固有频率。     

两侧半铺减振垫浮置板轨道设计及振动特性研究

为了改善减振垫浮置板轨道的减振效果，基于定性理论分析，通过优化设计，提出了新型的两侧半铺减振垫浮置板轨道，并制作足尺模型，采用落锤激振方法对其振动特性进行了测试及分析。结果表明：适当减小减振垫铺设面积可以提高浮置板轨道的减振性能，降低隔振频率，优化后其固有频率从31.9 Hz降至26.6 Hz；采用不同落锤进行激振试验得到的振动响应均与现场实测结果有一定差异，其中自动落锤的响应频带与实测结果相对接近，可以在一定程度上模拟实际工况下轨道结构的振动；在实际工况中振动响应最大的100 Hz频率处，相比于非减振轨道，两侧半铺减振垫浮置板轨道在底座板处的振动插入损失约为8 dB，减振效果显著。     

轨道交通橡胶浮置板式轨道结构动力设计参数研究

利用车辆多刚体动力学与浮置板轨道段组合单元的车轨系统竖向振动分析模型,研究车辆移动荷载作用下浮置板厚度、轨下扣件刚度、橡胶支座刚度对轨道结构竖向振动的影响.在此基础上,提出浮置板厚度、轨下扣件刚度、橡胶支座刚度的合理取值范围.研究结果表明:随着浮置板的厚度增加,浮置板的位移和加速度呈下降趋势,橡胶支座反力则增大,但对钢轨的影响不大,浮置板厚度应取为0.3～0.5 m较合适;轨下扣件刚度对钢轨和轮轨竖向作用力影响较大,对浮置板影响很小,轨下扣件刚度应取较小值,以40 MN/m为宜;橡胶支座刚度对浮置板和钢轨的动力学响应及橡胶支座反力和轮轨竖向作用力都有很大影响,橡胶支座刚度应优选20 MN/m左右较合理.     

浮置板板下胶垫的温变特性及其对轮轨系统的影响

以我国地铁常用浮置板板下胶垫为研究对象,测取-40~30℃的温度环境中板下胶垫的静刚度。建立车辆-浮置板轨道垂向耦合动力学模型,分析板下胶垫的温度敏感性以及不同温度环境下板下胶垫温变刚度对轮轨系统动力响应特征。研究结果表明:板下胶垫静刚度在工作荷载范围内为常量,不具有幅变非线性特征。板下胶垫的线性静刚度随着温度的降低而急剧升高,增幅高达224%以上。板下胶垫的温变刚度主要影响橡胶隔振垫浮置板轨道的浮置板位移,浮置板垂向最大位移变化率可达到204%。其次,板下胶垫的温变刚度对钢轨的垂向位移也会产生一定的影响,钢轨垂向最大位移变化率为31%。板下胶垫的温变刚度对轮轨之间作用力产生的影响较小。     

地铁提速对减振垫浮置板轨道振动特征的影响分析

为研究地铁列车提速对减振垫浮置板轨道的振动特征的影响,对比分析地铁列车行车速度为80 km/h和120 km/h工况下减振垫浮置板轨道时域和频域的实测结果。分析结果表明:行车速度对减振垫浮置板轨道结构垂向位移的影响不大;行车速度为120 km/h的工况下钢轨、浮置板、隧道的振动加速度1/3倍频程的峰值较行车速度为80 km/h的工况下的峰值分别有6.2、2.8、0.5 dB的增大;分频段分析各测点振动加速度综合振级,结果显示:在0~20 Hz与20~80 Hz频段内,只有钢轨的振动加速度综合振级增长超过5%,浮置板与隧道振级变化均小于2.5%,在80~120 km/h速度范围内,行车速度的提高对减振垫浮置板轨道隧道振动的影响并不明显。