轨下支承参数对钢轨声振特性影响研究

钢轨辐射噪声是轮轨噪声的主要组成部分,轨下支承参数对钢轨的振动与声辐射有着较大的影响。为研究轨下支承参数对钢轨声振频域特性的影响,基于FEM/BEM方法,建立钢轨振动力学模型和声学边界元模型,分析轨下扣件支承间距、支承刚度和支承阻尼对钢轨声振特性的影响规律。结果表明:扣件支承间距对钢轨的声振特性影响不明显;在20~200 Hz之间,合理大小的扣件支承刚度可以有效地减少钢轨振动与声辐射;合理大小的扣件支承阻尼可以有效地减少钢轨振动的频率范围为20~2 000 Hz,合理大小的扣件支承阻尼可以有效地减少钢轨声辐射的频率范围为100~1 000 Hz;扣件支承阻尼对钢轨声振特性影响的频域明显要宽于扣件支承刚度。     

基于波数有限元-边界元法的无砟轨道声辐射特性分析

为研究无砟轨道声辐射特性,建立了CRTSⅠ型板式无砟轨道的波数有限元振动模型。在钢轨顶部施加单位谐荷载,以求出的钢轨及轨道板的振动速度响应为边界条件,再采用声学波数边界元法计算出钢轨、轨道板及轨道整体结构的声辐射特性。分析结果表明:钢轨、轨道板及轨道整体结构的声功率级在一阶峰值频率前随频率增大而近似线性增加,在一阶峰值频率后,声功率级波动较大且出现多个峰值。在轨道整体结构一阶峰值频率前轨道板的声辐射贡献量占主导,而在该峰值频率后钢轨声辐射的贡献量逐渐占主导作用。扣件刚度主要影响一阶峰值频率前轨道整体辐射声功率,随着扣件刚度的增加,轨道整体结构声功率级幅值明显降低。CA砂浆层弹性模量的变化对轨道板辐射声功率级影响较大,但对轨道整体结构辐射声功率级的影响较小。     

基于梯形轨枕轨道振动特性的钢轨波磨研究

针对我国部分地铁线路出现振动噪声加剧及钢轨异常波磨的现实情况,研究减振轨道钢轨波磨产生原因。利用仿真软件Simpack建立包含地铁车辆和轨道结构的车辆系统动力学模型,分析车辆通过速度与轨道结构振动频率的关系以及弹性轨道结构共振特性,得到梯形轨枕轨道钢轨波磨可能形成原因。研究结果表明:在振动频率230 Hz(R1 200 m)、225 Hz(R2 000 m)以及211 Hz(R3 000 m)处,内侧钢轨与梯形轨枕出现更为明显的共振现象,仿真计算波磨波长和现场实测数据接近;对比相同曲线半径下的普通轨道和梯形轨枕轨道振动频率的分布情况,得出钢轨波磨与轨道结构固有振动特性有关。轨道结构固有振动特性及车辆曲线通过速度是造成钢轨波磨形成的关键因素。     

轴向温度力影响下周期离散支承钢轨竖向振动特性分析

建立轴向温度力作用下无缝线路轨道结构周期离散支承梁模型,其中钢轨采用Timoshenko梁模拟,轨枕考虑为质量块,轨下支承结构对钢轨的支承作用通过动力柔度矩阵进行模拟。通过周期结构波数有限元法,分析得到周期离散支承钢轨的频散特性及位移响应。分析周期离散支承钢轨各阶共振频率与轴向温度力的关系,并探讨轨枕间距的影响。分析结果表明:在0~5 000Hz范围内,周期离散支承钢轨竖向振动各阶共振频率均随轴向拉力的增加而增大,随轴向压力的增加而减小,且共振频率越高,其受轴向温度力影响越明显。其中,共振频率D(1 080Hz)、G(2 947Hz)、H(4 657Hz)受轴向温度力的影响最明显,可作为无缝线路钢轨内部温度力大小的主要评价指标。轨枕间距对各阶共振频率有较大影响,分析时需先确定轨枕间距实际值。     

轨道结构参数对钢轨和轨枕振动特性的影响

建立轨道结构三维实体有限元模型,同时考虑钢轨、轨下垫层、轨枕和道床,并与已有轨道结构振动模型的数值结果进行比较。结果表明,本文模型的数值结果在高频部分较合理,能够反映轨道结构高频振动特性。分析不同轨道结构参数对钢轨和轨枕振动特性的影响,这些轨道结构参数主要包括钢轨材料损失因子和钢轨质量、轨下垫层损失因子和垂向刚度、轨枕质量和损失因子、道床的刚度与阻尼特性等。分析结果表明,轨道结构参数的改变对钢轨和轨枕在不同频域范围影响不同,通过合理的轨道结构系统参数优化设置,可达到减振降噪效果。相关计算和分析结果可为低噪声轨道的设计提供依据与参考。     

钢轨嵌入式钢弹簧浮置板轨道减振性能分析

为满足160 km/h地铁设计对轨道减振性能的要求,提出了钢轨嵌入式钢弹簧浮置板轨道结构设计方案,并研究了钢轨支承形式及轨下连续支承参数对轨道结构减振性能的影响。结果表明:钢轨支承形式(离散支承、连续支承)对钢轨和轮对振动加速度影响较小;随着轨下连续支承刚度和阻尼的降低,轮轨力和轮对加速度主频向低频移动,同时轮对及浮置板在63 Hz以上的振动减轻,但会加剧钢轨在250 Hz以上的振动;实际设计中对减振性能要求较高的地段可选用钢轨嵌入式钢弹簧浮置板轨道,并适当降低轨下连续支承刚度和阻尼来提升轨道结构的减振性能。研究成果可为160 km/h市域地铁快线中钢轨嵌入式钢弹簧浮置板轨道的选用和轨下连续支承参数的设计提供参考。     

CRTSⅢ型板式无砟轨道振动能量分布及传递特性

为了更好地优化CRTSⅢ型板式无砟轨道结构,建立三维有限元模型,通过谐响应分析研究了CRTSⅢ型板式无砟轨道在0～1 200 Hz内的稳态响应,计算得到了钢轨和轨道板振动能量在空间和频域上的分布及传递特性,并讨论了扣件弹性垫层刚度对轨道结构能量分布的影响。结果表明：加载频率为0～1 200 Hz时,轨道结构的振动能量在其各阶模态固有频率处达到峰值,其中,钢轨振动能量存在两个峰值,分别对应钢轨一阶挠曲变形和pin-pin振动;轨道板振动能量存在多个共振峰且主要集中在200 Hz以内,分别对应轨道板前几阶纵向弯曲振动。钢轨和轨道板振动能量大小与弹性垫层刚度紧密相关,尤其当加载频率位于钢轨一阶挠曲频率附近时,钢轨振动能量尤其是势能随弹性垫层刚度增大而明显降低,轨道板振动能量随弹性垫层刚度增大而显著升高。     

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.     

合成轨枕式无砟轨道结构垂向动力特性分析

通过合成轨枕式无砟轨道结构的半车—轨道垂向耦合动力学模型,研究了焊接不平顺激励下,扣件刚度、枕下支承刚度等对结构垂向动力特性的影响。分析表明:扣件刚度、阻尼及树脂砂浆弹性模量对行车安全性及平稳性影响不大。扣件刚度增加,对轨道系统的动力特性有一定影响,其中钢轨位移减少最为显著;扣件阻尼增加后,钢轨垂向振动加速度明显减小;树脂砂浆弹性模量增加,轨枕垂向振动加速度减小显著,钢轨垂向振动加速度增加。     

弹性支承块轨道结构落轴冲击动力性能分析

将轮轨接触边界条件用罚函数法释放,采用点面接触单元导出轮轨接触有限元控制方程,建立轨道结构落轴冲击动力有限元方程。分析落轴冲击对轨道结构产生的动态响应,比较弹性支承块及短轨枕埋入式整体道床轨道结构的动力性能,并用现场实测数据进行验证。结果表明:弹性支承块轨道结构与普通短轨枕结构相比,其轨下及块下刚度易于调整,可进行双层弹性的合理匹配,从而有效吸收轮轨冲击,提高列车运行平稳性,具有减振降噪与延缓轮轨磨损等优越性能。建议其块下刚度稍大于轨下刚度,增幅值控制在20%以内。     

基于有限元-边界元无砟轨道声辐射特性分析

建立无砟轨道系统高频振动边界元模型,运用有限元和边界元相结合的方法,将已经计算出的轨道系统垂向高频振动响应作为声辐射计算边界条件,得到钢轨与轨下结构的声辐射特性。分析结果表明:钢轨和轨道板对噪声的贡献量中,在800～3 000 Hz时主要是以钢轨的声辐射为主,在0～500 Hz时主要以轨道板的声辐射为主;随着距离的增长,轨道系统的声辐射呈线性递减趋势;钢轨部位声辐射要比轨道板部位的显著,平均大15 dB左右,轨腰的声辐射量要比钢轨其他部位的显著。本文预测轨道系统噪声的结果与其它模型得出的结果都有很好的一致性,说明本文的模型与做法是合理可行的,为以后的铁路减振降噪提供了理论依据。     

隧道内有砟轨道铺设弹性轨枕的动力特性分析

弹性轨枕已被应用于国内外多条有砟轨道线路,铺设于路基、桥涵地段以减小道砟受力。为探明隧道内有砟轨道铺设弹性轨枕的适用性及其减振性能,基于动力学理论与有限元法,建立车辆-有砟轨道-隧道空间耦合动力学模型,分析弹性轨枕对车辆、轨道以及隧道动力响应的影响,并对枕下垫层合理刚度进行探讨。结果表明:弹性轨枕能保证隧道内行车的安全性和平稳性,车辆动力学指标变化不大;枕下垫层会导致钢轨、轨枕垂向位移显著增加,但可大幅降低有砟道床动态响应;相比普通有砟轨道,弹性轨枕具有很好的减振效果,隧道壁振动最大减小17dB,发生于80Hz中心频率处;从控制轨道振动和位移、保证减振效果的角度考虑,建议枕下垫层刚度取40~60kN/mm。     

基于现场锤击试验的地铁轨道振动特性分析及参数研究

近来,由于轮轨共振而产生的地铁钢轨异常波磨问题备受关注。轨道结构动力特性分析是开展轮轨耦合振动研究的基础,地铁轨道结构的动力特性取决于各组成部分(钢轨、扣件、轨枕和道床等)的物理特性及其组合形式。基于轨道结构的周期性频域解析模型,结合北京地铁在线锤击试验,通过计算轨道结构在脉冲荷载下的频响函数,对0~2000Hz频段内轨道结构的动力响应主频进行分析;并通过改变轨道结构参数,分别研究了不同轨道结构参数对各轨道结构动力响应主频的影响情况。研究结果表明:轨下支撑刚度对钢轨共振频率影响较大,枕下支撑刚度对轨道系统共振频率影响较大,轨下和枕下支撑阻尼仅能改变各共振频率点的响应幅值;轨枕支撑间距对pinned-pinned共振频率影响较大,对其他共振频率点的影响较小。     

轨道减振效果系统评价方法研究

在综合分析轨道减振效果评价现状和存在问题的基础上,针对在轨道结构中的钢轨扣件、轨枕或道床等处额外提高轨道弹性的减振措施进行轨道减振效果系统评价方法研究。在相同或可比的条件下,利用轨道减振与非减振段轨旁测点铅垂向振动加速度得出1/3倍频程各中心频率分频振级的均方根差值作为轨道减振效果值,同时将1/3倍频程中心频率分频振级的最大和最小差值作为轨道减振效果评价的辅助指标。运用该方法对减振扣件、弹性短轨枕和浮置板轨道等3种减振措施的评价结果表明:在4～200Hz频率范围内减振扣件的减振效果值为5.2dB,有效的减振频率从50Hz开始;浮置板轨道的减振效果值为13.5dB,满足10dB以上的减振设计要求;而弹性短轨枕的减振效果值仅为3.8dB,因轨枕空吊原因没能达到设计的减振目标。该方法不仅可以比较不同轨道结构、线路条件、运营条件以及相同轨道结构不同路段的轨道减振效果,而且可以分析轨道的减振特性。     

铁路直线轨道空间振动时变模型研究

采用有限单元法,将轨枕视为线性粘弹性连续支承梁单元,钢轨划分为线性粘弹性点支承梁单元,分别考虑每个单元的横向、纵向、竖向及扭转振动,建立铁路直线轨道结构空间振动模型。运用弹性系统总势能不变值原理,采用轨道不断"增加和缩减"技术,建立直线轨道结构空间振动时变质量、阻尼和刚度矩阵。以国产25Z型客车为例,计算200s时间段上车辆—轨道耦合振动动力响应,与实测结果比较吻合。     

无缝线路纵向温度力作用下的动力特性分析

通过建立无缝线路有限元动力计算模型,运用数值分析方法深入分析了无缝线路钢轨的自振频率与温度变化引起的纵向应力之间的关系,为无缝线路钢轨纵向温度力的测试提供一种可行的思路和方法.模型不仅包括钢轨模型、轨下弹性垫板及扣件模型、轨枕模型,还考虑了道床模型及路基模型,并分析了钢轨磨耗以及轨下基础刚度等因素对钢轨竖向振动特性与纵...     

重载铁路弹性支承块式无砟轨道轨距保持能力计算分析

弹性支承块式无砟轨道结构整体弹性较好,有利于降低轮轨相互作用力并减缓对隧道基底的振动冲击,是重载铁路长大隧道内较为适宜的轨道结构形式。但弹性支承块式无砟轨道采用两个独立的弹性块体支承钢轨,其保持轨道几何状态,尤其是保持轨距的能力相对较弱。本文通过有限元模型计算,结合室内相关试验结果,研究分析了重载条件下弹性支承块式无砟轨道轨距保持能力的影响因素。结果表明:增大支承块的长度、宽度以及埋深,可减小支承块横向间距扩大、轨距扩大、钢轨转角和支承块转角;当支承块埋深不变时,增大支承块高度对轨距扩大、钢轨转角及支承块转角的控制不利;增大支承块套靴侧向刚度,可减小支承块横向间距扩大、轨距扩大、钢轨转角和支承块转角;增大轨下垫板刚度和支承块下垫板刚度,轨距扩大不断减小,但轨下垫板刚度的增加主要是降低钢轨转角,对支承块的几何状态影响不大,而支承块下垫板刚度的增加主要是降低支承块横向间距扩大,对钢轨转角的影响较小。     

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。     

国内外弹性轨枕的研究与应用

铺设弹性轨枕是减少有砟轨道结构道床养护维修工作量的一项重要技术措施,国内外均对此开展了大量研究工作。国内外研究现状的总结分析表明:弹性轨枕对于轨道的刚度均匀化、减少道床应力、减轻道床及下部基础的冲击效应具有一定的效果,但铺设弹性轨枕的线路存在轨枕横向阻力降低、钢轨和轨枕振动加速度增大、道床不稳定、线路噪声增加等问题;设计时枕下弹性垫板刚度应与轨道结构的整体受力统一考虑,硬的轨下垫板与非常软的枕下弹性垫板组合使用可能会导致轨枕出现裂纹,软的轨下垫板与硬的枕下弹性垫板组合为较合理的配置方式。总体来看,弹性轨枕对于改善整个轨道结构弹性是有利的,可在下部基础刚度较大的特殊区段使用。     

钢轨重型化对轮轨系统动力响应及动力传递的影响

运用能量法建立车辆—轨道耦合动力学模型,结合大秦线轨道结构力学参数,分别计算分析了45,50,60和75 kg/m共4种钢轨支承下轮轨系统各结构的动力响应,研究钢轨重型化对轮轨系统动力特性的影响。研究发现:钢轨重型化对车辆系统的动力响应影响较小,而对轨道结构和路基的影响显著;随着钢轨质量及抗弯刚度的增大,车体位移、车轮加速度、轮轨力、钢轨位移、扣件力、轨枕振动位移及枕下支承力降低,车体加速度、钢轨加速度先增大后减小,轨枕加速度增加。