无砟轨道噪声振动特性及其治理措施研究

通过国内西南地区无砟轨道试验段的动车组实车运行试验,研究动车组在路基和高架结构典型无砟轨道线路条件下运行的辐射噪声与环境振动特性。通过实际测量和仿真计算,对铁路减振降噪效果进行分析比较和综合评估,并提出减振降噪的措施和建议。     

铁路无砟轨道吸声板降噪效果分析

铁路无砟轨道区段的噪声辐射比有砟轨道区段严重,常采用轨道表面铺设吸声板来降低轮轨噪声对周边环境的影响。为了控制铁路无砟轨道区段的轮轨噪声辐射,根据微穿孔板吸声理论建立多孔吸声板吸声系数计算模型,并将计算得到的吸声系数输入到轮轨噪声预测系统中,得出轨旁噪声的频谱和等效声级,分析多孔吸声板的空隙率、厚度和孔径对降低轮轨噪声的影响规律。研究结果表明:多孔吸声板的空隙率越大,对轮轨噪声的吸声效果越好,但太大的空隙率会降低对中高频轮轨噪声的吸收,建议空隙率应该控制在0.4%～0.6%之间为宜;多孔吸声板厚度越大,对轮轨噪声的吸声效果越好,但板厚过大会影响到其他行车安全问题,板厚应控制在既能高效降低噪声、又能保证行车安全的限值之内;多孔吸声板的孔径越大,对轮轨噪声吸声效果越差。     

车辆作用下板式轨道动力分析模型及验证

基于车辆-轨道耦合动力学理论;采用多刚体动力学理论建立车辆系统动力学方程;以梁-板-板有限元模型模拟板式轨道;通过轮轨关系将车辆系统和板式轨道系统联系在一起;建立车辆-板式轨道耦合动力学模型。采用德国高速低干扰谱作为轮轨激励进行板式轨道动力学仿真分析。车辆参数按200 km/h动车组选取;轨道参数参照遂渝线板式轨道结构选取;计算多种车辆运行速度下板式轨道的动力响应;并与遂渝线无砟轨道综合试验段动力学测试结果对比。仿真计算结果与试验数据吻合较好,表明该模型正确可靠,可用于研究车辆荷载作用下板式轨道的动力学问题。     

悬挂式单轨列车与轨道梁桥系统动力性能试验研究

针对我国第一条悬挂式单轨交通试验线开展行车动力学试验。试验线轨道梁桥为底部开口的钢结构箱梁,试验列车为基于锂电池驱动的悬挂式单轨列车,最高试验运行速度为60 km/h。试验结果表明:轨道梁桥结构具有良好的竖向和横向刚度,其垂向一阶自振频率和横向一阶自振频率分别为5. 60、2. 27 Hz,自振频率理论计算结果与实测结果基本相符;轨道梁桥结构的振动加速度随着行车速度的增加而逐渐增大,其跨中垂向和横向加速度最大值分别为0. 19g、0. 11g,满足铁路桥梁相关规范要求,轨道梁桥动态位移随着行车速度的增加无明显变化,表明列车对该轨道梁桥的动力冲击作用受速度影响较小,在所有测试工况中,轨道梁桥挠跨比小于1/1 100,动力冲击系数小于1. 1;列车在各种速度工况下,其横向平稳性指标较垂向平稳性指标略大,但两者平稳性指标均小于2. 75,表明运行车辆具有良好的平稳性。     

青藏铁路轨道不平顺界限谱研究

为了给青藏铁路养护维修、动力评估提供更为科学合理的车辆-轨道系统激振源和评判依据,基于青藏铁路较为充实的实测数据(累计里程为9.23万km),对其轨道不平顺谱展开系统研究。采用修正的周期图法分析青藏线的实测轨道不平顺数据,提出能够表征青藏线不平顺特征的统一谱密度函数拟合公式,得到了青藏线轨道平均谱的特征参数。基于谱密度的概率分布特性,给出了直接通过谱密度转换系数获得任意累计概率水平下轨道谱的方法。经过与国外常用轨道谱密度分布特征和动力仿真结果进行比较,论证了青藏线轨道不平顺统计平均谱的保守性,结合车辆-轨道耦合动力学理论,提出了轨道不平顺界限谱的动力学制定方法,计算获得了行车速度-动力指标限值下的青藏铁路界限谱及其参数。     

地铁—建筑物合建结构中钢弹簧浮置板轨道基频优选影响因素

结合2个合建工程实例,通过结构的模态分析和钢弹簧支反力的特征分析,研究地铁—建筑物合建结构中钢弹簧浮置板轨道基频优选的影响因素。结果表明:对于不同的地铁—建筑物合建结构,当其竖向自由振动频率在20~80 Hz范围内时,累积的参振质量比例均较高,达50%以上,而在与钢弹簧浮置板轨道基频相近的4~10 Hz竖向自由振动频率范围内,参振质量比例的分布情况却差异较大,这与合建结构的型式和刚度等因素有关;在其他参数不变的情况下,随着钢弹簧浮置板厚度的增加,钢弹簧浮置板的固有频率在向低频移动的同时,虽提高了轨道结构对中高频振动的减振效率,但在钢弹簧浮置板固有频率附近被放大的能量也将随之增加,进而会加大合建结构的低频受迫振动响应。因此对于地铁-建筑物合建结构工程,在选取钢弹簧浮置板轨道基频时,需要综合考虑合建结构型式、结构刚度以及钢弹簧支反力的时域与频域特性。     

横风环境中复线路堤上高速列车的气动性能

建立了横风环境中高速列车运行于复线路堤上的三维空气动力学模型,开展了路堤高度和列车在复线路堤上的位置对高速列车气动性能影响的数值计算与对比分析。结果表明,路堤上列车周围的气流流速大于平地上的气流流速,导致路堤上列车气动性能较平地上恶劣;路堤高度和横风速度对高速列车在下风线上和上风线上气动性能的差异有重要影响;列车在下风线上运行比在上风线上运行更容易发生倾覆。     

高速铁路无砟轨道吸音板降噪效果仿真分析

高速铁路无砟轨道区段所辐射的噪声通常要高于有砟轨道区段,常采用铺设吸音板的方法来降低轮轨噪声对周边环境的危害。吸音板的降噪效果除了与吸声材料特性有关外,还受表面结构形式的影响。本文通过选取无砟轨道吸音板不同的表面结构形式,利用边界元法及统计能量法,分别建立了边界元模型和统计能量模型,对比分析了吸音板吸声效果。研究结果表明：表面采用开槽结构的吸音板降噪效果最佳;统计能量法作为一种解决中高频复杂声振问题的能量方法,结合声学边界元法,能够准确、高效地预测各频带下的声辐射问题,这为铁路周边的声环境预示及对铁路降噪措施的预测评价提供了一个新思路。     

桥梁结构刚度对高速列车—轨道—桥梁耦合系统动力特性的影响

桥梁结构刚度对高速列车—轨道—桥梁耦合系统的动力学特性具有重要的影响,直接关系到桥上列车的行车安全性和运行平稳性。基于列车—轨道—桥梁动力相互作用理论,以高速铁路常用的简支箱梁桥和双块式无砟轨道为研究对象,采用列车—轨道—桥梁动力学仿真通用软件TTBSIM2.0,研究桥梁结构刚度对高速列车—轨道—桥梁耦合系统动力性能的影响规律。结果表明:当桥梁梁体的刚度或者桥墩的横向刚度不足时,车辆和桥梁的相关动力性能指标将随着刚度的减少而急剧增大,严重影响列车过桥时的安全性和平稳性;当梁体垂向刚度不足时,有可能会引发车桥共振现象;当桥梁结构刚度满足设计规范要求时,车桥系统动力响应指标随刚度变化不明显,此时行车速度和轨道不平顺成为影响行车安全性和平稳性的主要因素。     

高速客车转臂式轴箱定位转向架曲线通过特性

为研究高速客车转臂式轴箱定位转向架通过曲线时的蠕滑导向性能,基于多体系统动力学及车辆的稳态曲线通过理论,分析曲线上轮对的受力特点,采用动力学软件SIMPACK计算转向架高速通过曲线轨道时的导向蠕滑力,研究转臂结构参数对转向架运动状态和轮轨蠕滑力的影响。计算结果表明,转向架以欠超高状态通过曲线时,随着转臂长度和相对于轨面倾角的增加,转臂回转导致前轮对正向摇头角明显增大,产生更大的轮轨横向蠕滑力,使轮对向曲线内侧偏移,轮对横移量逐渐由负值变为正值;后轮对正的摇头角则不断减小,横向蠕滑力随之下降,受前轮对影响,后轮对向曲线内侧移动;转臂长度超过0.2m后,转臂长度及倾角均会对转向架曲线通过性能产生明显的影响。