高速铁路轮轨噪声理论计算与控制研究

轮轨噪声是铁路主要的噪声源。针对高速铁路轮轨噪声辐射问题,综合运用车辆—轨道耦合动力学理论与噪声辐射理论,建立高速铁路轮轨噪声预测模型,应用数值仿真的方法研究高速铁路轮轨噪声产生机理、辐射特性、传播规律以及控制技术。主要研究内容和结论如下。     

高速铁路列车运行噪声特性研究

在对我国高速铁路噪声实测的基础上,分析了我国高速铁路噪声的特性。动车组高速运行时,在桥梁区段峰值均出现在低频段（f=31．5～63Hz）;路基区段的噪声频谱呈宽频特性,在低频段（f=31．5—63Hz）和中高频段（f=500—8000Hz）声能量均较为集中。高速铁路列车辐射噪声随速度的关系式与国外辐射噪声随速度的关系基本一致,当高速动车组运行速度大于300km／h后,轮轨噪声、空气动力噪声和集电系统噪声成为主要声源。高速列车辐射噪声几何衰减基本遵守距离加倍,声级衰减3—4dB（A）的规律。     

轮轨噪声的预测

通过建立轮轨噪声预测模型 ,研究轮轨相互作用关系及由轮轨表面不平顺而引起的噪声 ,推导车轮、钢轨辐射噪声声压级谱 ,利用有关文献中给定的实验数据 ,验证轮轨噪声预测模型 ,并对我国既有线轮轨噪声进行了预测。     

高速铁路噪声计算方法

根据离开轨道中心15m处高速铁路的噪声暴露声级,通过引入地面衰减、屏障衰减和房屋建筑及树木的附加衰减参数,建立噪声理论分析模型。导出预测高速铁路牵引噪声、轮轨噪声和空气动力噪声的理论计算式。对秦沈客运专线铁路噪声进行了预测。经与实测数据进行对比,数据吻合良好。     

轮轨噪声预测与控制方法综述

通过建立轮轨噪声预测模型,给出了车轮、钢轨辐射噪声声压级谱计算式。利用有关文献中的数据,对轮轨噪声进行了预测。从轮轨接触表面的不平顺、车轮、钢轨和声源等角度讨论了轮轨噪声的控制。     

高速列车在板式轨道上运行时的滚动噪声预测

在已建立的轮轨滚动噪声预测模型的基础上,对"中华之星"高速列车在板式轨道上运行时的轮轨滚动噪声进行了预测分析,结果表明:钢轨辐射的主要是中、高频噪声,车轮辐射的主要是中频噪声,而轨道板则辐射高、中和低频噪声;钢轨噪声最大,车轮次之,轨道板最小。通过对高速列车在板式轨道上运行时产生的轮轨滚动噪声与在有碴轨道上运行时的轮轨滚动噪声比较,发现板式轨道噪声辐射比有碴轨道大4.0dB(A)左右。     

轨道交通轮轨噪声预测与控制的研究

运用车辆-轨道耦合动力学理论、噪声辐射与传播理论，建立轮轨噪声预测模型，开发轮轨噪声预测软件。车轮采用LOVE圆环模型，钢轨采用Timoshenko梁模型，轮轨接触采用Hertz非线性弹性接触，实现了在同一个模型中同时对轮轨冲击噪声与轮轨滚动噪声的综合预测。以结构的声辐射比为纽带，将构件的振动与声辐射联系起来；考虑轨道面、地面等表面的反射作用以及路肩、桥面和声屏障等障碍物边缘的衍射作用模拟噪声的传播，最终得到受声点的噪声。     

轨道交通轮轨噪声研究进展

轨道交通噪声影响乘客和沿线居民的身心健康,控制轨道交通噪声辐射是当前国家和行业关注的焦点问题之一。轮轨噪声是轨道交通噪声中非常重要的噪声源,是由轮轨表面粗糙度和表面不连续的几何缺陷等激扰产生的轮轨高频振动或曲线轨道产生的轮轨摩擦振动向空中辐射而产生的。研究轨道交通轮轨噪声的产生机理、激扰源和控制方法可促进轨道交通的技术创新与和谐发展,具有重要的理论意义和社会价值。对国内外轨道交通轮轨噪声的研究历史和现状进行综述,主要包括轮轨噪声产生机理、激扰源及控制技术等;并对比了国内和国外的研究状况,指出我国为适应高速铁路和城市轨道交通建设需在减振降噪理论和技术方面进一步重点研究的问题。     

高速铁路轮轨滚动噪声预测计算模型研究

基于我国高速铁路噪声源定量化识别分析结果,研究不同速度条件下动车组主要噪声源分布及变化规律,发现列车高速运行时轮轨噪声和气动噪声均为主要噪声源,且2种声源存在严重混叠,既有测试技术无法有效区分。针对既有轮轨噪声计算时声源过度简化问题,利用1∶1全尺寸高速轮轨滚动试验台开展从100 km/h提速至350 km/h的滚动噪声试验,研究纯轮轨激励条件下声辐射特性,构建反映轮对运动轨迹、相干声源特性的轮轨滚动噪声预测模型。现场试验表明,模型预测值和现场实测值在关键频带一致,列车通过等效连续A声级的预测值和实测值之差小于0.5 dB(A),模型精度良好。     

轮轨滚动噪声激扰模型研究

为解决轮轨高频非线性接触问题和预测轮轨滚动噪声,需研究轮轨表面粗糙度的时域模型。在基于线性化理论的轮轨表面粗糙度频域表示方法的基础上,为满足轮轨非线性接触的要求,采用时频转换的方法建立轮轨表面粗糙度时域输入模型,并以Sato轮轨表面粗糙度谱为例,运用所建立的轮轨噪声预测模型及开发的轮轨噪声预测分析软件对轮轨滚动噪声辐射进行了仿真计算,将得到的轮轨滚动噪声频谱特征及其时域特点与工程实际监测结果进行对比分析,证明模型是可靠的。     

城市轨道交通支承块式无砟轨道轮轨噪声研究

在已建立的轮轨噪声预测模型STTN的基础上,对城市轨道交通列车在支承块式无砟轨道上运行时的轮轨噪声进行了预测分析,并对城市轨道交通列车在支承块式无砟轨道上运行时产生的轮轨噪声与在有砟轨道上运行时的轮轨噪声进行了比较。列车以70km／h的速度运行时,轮轨噪声主要分布在中心频率约为500—2000Hz的范围内,其中钢轨辐射的主要是中、高频噪声,车轮辐射的主要是高频噪声,而支承块则辐射中、低频噪声。对总噪声贡献最大的是钢轨,而支承块及车轮的贡献几乎可以忽略。轮轨噪声随运行速度的增大而显著增大,其中车轮噪声受运行速度的影响最为显著,钢轨次之,支承块最小;在轨道旁,支承块式无砟轨道轮轨噪声比有砟轨道的大2．8—4．5dB（A）,因此必须采取切实有效措施,将支承块式无砟轨道的轮轨噪声降到有砟轨道的水平甚至更低。     

城市轨道交通声环境影响计算公式的修正

轨道交通噪声问题日益引起了人们的关注,对轨道线路两侧的声环境预测工作也提出了新的要求.通过对我国《环境影响评价技术导则-城市轨道交通》中的声环境影响预测公式进行分析,从计算公式的参考点噪声辐射源强、声屏障衰减模型和声屏障等效频率计算等三个方面对其进行修正,以期能使我国的城市轨道交通噪声预测模式更加完善,计算更加精确.     

广州地铁7号线列客室噪声分析与整治措施

针对广州地铁7号线列车正线行驶时客室噪声较大问题,通过噪声测试,分析车辆结构和轮轨状况等因素对列车噪声的影响,并从列车密封性、钢轨打磨、列车运行速度等方面开展列车运行噪声整治措施研究。研究结果表明,列车运行时客室噪声主要为轮轨噪声,通过钢轨打磨、列车限速、侧门密封性整改等措施可改善客室噪声问题。根据研究结果,提出了地铁车辆减噪设计建议。     

基于Morlet小波分析的高速铁路轮轨粗糙度声学特征

通过跟踪实测一动车组车轮旋修前后的粗糙度及其通过路基直线段、路基曲线段和桥梁区段3个典型区段的钢轨粗糙度并对数据进行曲率修正,研究高速铁路车轮和钢轨的粗糙度特征;通过测量3个典型区段动车组车外噪声并进行0~5000 Hz的Morlet小波分析,研究轮轨滚动瞬态接触下的声学非稳态特征。结果表明:车轮旋修前的17阶多边形特征和钢轨不平顺峰值波长在小波时频图中有较明显反映;车轮和钢轨特征波长的声学不平顺等级在车外噪声中有明显反映;从声学角度可以有效进行轮轨典型粗糙度特征的识别。     

地铁钢轨与车轮磨耗对客室内噪声的影响

阐述了城市轨道交通噪声产生机理。根据长沙地铁2号线某列车客室内噪声测试情况,对噪声频谱进行分析。分析结果表明,列车噪声主要为轮轨噪声。通过检测发现,噪声主要由轮对周向磨损和钢轨波磨引起。降低钢轨与车轮磨耗甚至消除钢轨波磨是降噪的根本措施。