城市轨道车轮结构振动-声辐射一体化优化方法

为了降低城市轨道车辆的车轮结构噪声，以服役的双S型辐板车轮为研究对象，建立了考虑振动与声辐射融合的城市轨道车轮结构噪声优化模型，获得了一种自上而下呈不等厚特征辐板的新型降噪车轮廓形，提出了以轨道车轮辐板区域为设计域的车轮结构振动-声辐射一体化优化方法；将整个辐板区域确定为设计域，分别设定编码规则、选择规则、交叉规则和变异规则，使振动-声辐射优化目标函数逐渐收敛，从而进化为较优的降噪车轮廓形，实现轨道车轮振动-声辐射结构优化设计；利用成熟有限元工具获得优化车轮的静强度、疲劳强度和振动声辐射性能，进一步验证双S型辐板车轮新型结构噪声优化结果的有效性和可靠性。研究结果表明：车轮结构振动-声辐射一体化优化方法适用于降噪车轮的结构廓形优化，优化后车轮峰值声功率级较原双S型辐板车轮降低了4.26 dB(A),在0～5 000 Hz频段范围内声功率级峰值处降噪效果明显；从辐板结构特征上看，双S型辐板车轮的辐板由优化前的基本等厚辐板进化为不等厚辐板，车轮辐板的不等厚特征有利于降低车轮的声辐射水平，从车轮的经济和降噪性能兼顾的角度，建议采用不等厚辐板车轮廓形作为轨道车轮降噪模型。     

基于模态声传递向量的分动器箱体NVH特性分析

以四驱汽车轴间分动器箱体为研究对象,获得分动器箱体的噪声、振动与声振粗糙度(Noise、Vibration、Harshness,NVH)特性。建立分动器箱体有限元模型,将分动器箱体有限元仿真模态与试验模态结果进行对比分析;基于Adams构建分动器齿轮传动系统动力学模型,提取分动器工作时轴承处的加速度响应作为激励信号,获得分动器箱体的强迫振动响应特性;采用模态声传递向量(modal accoustic transfer vector,MATV)计算得到分动器箱体结构辐射声场,得到对辐射噪声峰值频率影响较大的模态,对分动器箱体铺设阻尼层。优化前后结果对比显示:对分动器箱体优化后,有效降低了分动器箱体峰值频率处的声压幅值,取得了较好的降噪效果。     

金属-橡胶层叠阻尼肋板对双层壳振声性能的影响

为降低双层圆柱壳的辐射噪声,基于阻尼减振原理,从抑制声桥振动能量传递入手,通过结构增阻技术在壳间声桥中设计了金属-橡胶层叠复合阻尼肋板;考虑粘弹性材料的频变特性,数值计算了肋板型式改进前后双层壳振声性能,分析了层叠阻尼肋板参数变化对双层壳振声性能的影响.研究表明:壳间声桥采用金属-橡胶层叠复合阻尼钢板能有效衰减振动能量的传递,降低双层壳辐射噪声;减小阻尼层储能模量有更好的减振降噪效果;随着频率的增大,提高材料的阻尼对降低中高频线谱峰值更有效;阻尼层的厚度选择既要保证结构的总体刚度,又要尽量增大阻尼层以提高能量耗散能力.     

城市轨道交通高架线路敷设阻尼钢轨噪声特性

为研究城市轨道交通高架线路敷设阻尼钢轨前后列车通过时段噪声变化规律，以敷设了阻尼钢轨的广州某高架线路为研究对象，通过对高架线路敷设阻尼钢轨前后轨道旁、距行车轨道中心线7.5和30 m处测点进行现场噪声试验，分别从时域统计、频谱和插入损失等方面分析了高架线路改造全过程，包括换轨前、换轨后、刚敷设阻尼钢轨及敷设阻尼钢轨运营半年后列车通过时段噪声变化规律。分析结果表明:换轨和敷设阻尼钢轨作为源头上的降噪措施具有一定的降噪效果，噪声源强处2种措施分别降噪1.1、2.9 dB(A)，敷设阻尼钢轨能降低钢轨Pinned-Pinned振动辐射产生的噪声；换轨前高架线路列车通过噪声能量主要集中在100~3 000 Hz，分别在100~125 Hz和2 000 Hz附近出现第1、2个峰值，换轨后、刚敷设阻尼钢轨及敷设阻尼钢轨运营半年后的列车通过噪声能量主要集中在500~2 000 Hz，峰值频率出现在800 Hz附近；高架线路整个施工改造过程中60 Hz以下低频噪声变化较小，60 Hz附近的频率为轮轨系统的固有频率，高架线路改造并未使轮轨系统固有特性发生较大改变；敷设阻尼钢轨运营半年后相比刚敷设阻尼钢轨时，在距轨道中心线7.5和30 m处，1 000 Hz以上高频噪声变化较小，桥梁局部结构振动产生的辐射噪声(100~300 Hz)出现了一定的增大。      

高速列车运行时不同转向架区噪声特性

以中国某型高速列车为研究对象, 针对高速列车运行时主要噪声来源之一的转向架区噪声开展试验研究, 掌握其噪声特性和规律, 研究了不同类型和位置的转向架区噪声特性, 预测了不同速度下转向架区噪声水平和频谱特性; 基于一定的假设, 采用测试数据类比法对车头转向架区噪声成分进行分离。研究结果表明: 列车在200~350 km·h-1速度范围内运行时, 车辆主要噪声源集中在转向架区; 转向架区噪声表现为车头转向架区噪声大于车尾转向架噪声, 200 km·h-1运行时车头转向架区噪声大于车尾转向架区噪声约3 dB(A), 主要原因为在车头转向架处气流冲击导致的气动噪声大于车尾转向架处涡流导致的气动噪声; 中间动车转向架区噪声大于中间拖车转向架区噪声, 200 km·h-1运行时中间动车转向架区噪声大于中间拖车转向架区噪声约5 dB(A), 主要原因为相比于中间拖车转向架区噪声, 中间动车转向架区增加了牵引系统噪声; 随着运行速度的提高, 转向架区噪声在全频段内显著提高, 噪声峰值频率也会增大, 主要原因为车轮滚动噪声所致, 速度越大, 其轨枕冲击频率越高; 中间拖车转向架区噪声随速度增长的3次方关系符合轮轨噪声随速度的增长趋势, 对于车头转向架区噪声来说, 气动噪声成分更加显著, 并且随着运行速度的提高, 气动噪声所占比重呈增加的趋势。      

基于迭代RMSE法的约束阻尼板动力特性分析

忽略约束阻尼结构阻尼层黏弹性材料虚刚度及参数频变特性会对计算该结构模态损耗因子带来误差.本文在修正模态应变能法（RMSE法）的基础上，结合迭代算法，分析了黏弹性材料虚刚度及参数频变特性对约束阻尼板的振型、固有频率和模态损耗因子的影响，探讨了约束阻尼板阻尼层厚度和约束层厚度对结构模态损耗因子的影响规律.分析结果表明：本文方法计算的固有频率和模态损耗因子与相关文献中的试验实测值吻合良好；不考虑黏弹性材料参数频变特性，各阶模态振型形状基本不变，但部分振型的相位相反；阻尼层剪切模量直接影响到结构固有频率，忽略其频变特性会导致在低阶时计算结果偏大17.2%，高阶时偏小7.6%；低阶模态时，忽略黏弹性材料频变特性的模态损耗因子误差最大可到56.0%；约束阻尼板模态损耗因子随阻尼层厚度增加而增大，随约束层厚度增加先增大后减小.     

基于多目标形貌优化的缸盖罩低噪声设计

为降低柴油机缸盖罩结构辐射噪声,运用有限元边界元法对其进行了噪声虚拟预测,得到噪声贡献量突出的关键模态.将缸盖罩结构的静态整体刚度和动态多阶关键频率统一为Euclidean 距离的多目标函数,采用带权重的折衷规划法对缸盖罩进行多目标形貌优化,并考虑装配、加工工艺性等因素重新设计了缸盖罩CAD模型.在保持边界条件一致的情况下,对重新设计后的缸盖罩进行噪声分析,结果表明:改进后的缸盖罩整体刚度得到加强,关键频率避开了主要辐射噪声共振频率区域,总声功率级下降3.5 dB(A).      

基于电机动力吸振的高速列车蛇行运动控制

复兴号CR400BF高速动车组动力转向架的牵引电机采用特有的四点弹性架悬方式, 在电机和构架之间安装有横向液压减振器和横向止挡, 首次采用牵引电机作为动力吸振器来控制转向架蛇行运动稳定性和蛇行频率, 从而避免引起车体弹性模态共振; 考虑悬挂参数和轮轨接触非线性, 建立了复兴号动车组非线性多刚体动力学仿真模型, 通过悬挂模态计算和动力学时域仿真, 分析了关键参数对动车蛇行运动的影响规律; 基于将电机作为动力吸振器的原理, 优化了电机节点横向刚度和横向减振器阻尼; 考虑动车组运营中的轮轨匹配随机因素, 组合400种轮轨随机匹配状态, 仿真分析了动车的动力学性能; 开展动车组长期线路动力学跟踪试验, 研究了动力转向架蛇行运动演变规律。仿真与试验结果表明: 牵引电机弹性架悬下的构架横向加速度频谱图从以蛇行频率为主频的单峰值变化为主频在蛇行频率两侧的双峰值, 说明电机起到了动力吸振器的作用; 将电机作为动力吸振器能够提高动车蛇行运动稳定性, 具有不同等效锥度的典型轮轨匹配下非线性临界速度超过500 km·h-1; 动车蛇行运动最高频率被控制在6 Hz附近, 远离车体中部菱形弹性模态频率8.5 Hz, 避免了转向架蛇行运动激起车体弹性共振; 动车组在轨道随机不平顺激扰下, 构架端部横向加速度小于0.5g, 平稳性指标小于2.5, 轮轴横向力和脱轨系数等运行安全性指标满足要求。      

机场跑道全波段不平整测试方法

结合车载式激光断面仪与全球导航卫星移动定位系统，提出了一种机场跑道全波段不平整测试方法；在济南遥墙国际机场进行了现场测试，采用重复试验与水准仪对该测试方法进行了可靠性验证；利用ADAMS/Aircraft软件建立了B737-800虚拟样机模型，进行了实测跑道不平整数据下的飞机滑跑仿真，探究了不同检测方法、滑跑速度、飞机位置下实测道面数据特征对飞机振动响应的影响。研究结果表明:所提出的测试方法可获得道面全波段不平整数据，弥补了激光断面仪难以捕获14 m以上波长的缺陷；当速度为80 km·h-1时，全波段不平整道面下飞机振动响应波动幅值分别为长波不平整和短波不平整下的1.25~2.39倍和1.19~1.85倍，说明仅考虑道面长波或短波不平整将低估飞机在实际不平整条件下的振动响应；随着飞机滑跑速度的增大，全波段不平整与短波不平整条件下的飞机振动加速度差别逐渐增大，而动载系数差值则呈现先增大后减小的趋势，在速度为160 km·h-1时达到最大，说明飞机在高速滑行中道面长波不平整的影响更为明显；全波段不平整相比短波不平整条件下驾驶舱加速度增幅平均比重心处大0.062 m·s-2，前起落架动载系数增幅比主起落架平均大0.039，表明长波不平整对飞机前部振动的影响比重心处大，且随着滑行速度增大，这一差值先增大后减小，加速度的差值在80~120 km·h-1时最明显，峰值约为0.078 m·s-2，而动载系数的差值在160 km·h-1达到0.062的峰值。      

地铁先锋扣件地段钢轨波磨成因

为了研究先锋扣件地段钢轨波磨的成因并给出应对措施，基于摩擦自激振动引起钢轨波磨的理论，建立了包括导向轮对、轨道系统的自激振动有限元模型，使用复特征值法研究了轮对-轨道系统的动态稳定性；通过参数敏感性分析寻找影响钢轨波磨的主导因素，提出抑制乃至消除钢轨波磨的措施. 研究结果表明:轮轨间饱和的蠕滑力引起的轮对-轨道系统频率为319 Hz的自激振动是导致内侧钢轨严重的波磨的主要原因，模型预测的波磨波长为51.4 mm，与实测数据非常接近；参数敏感性分析表明，先锋扣件中的橡胶支承块的弹性模量和阻尼系数越大，钢轨波磨发生的可能性越低；采用弹性模量和阻尼系数有利于抑制乃至消除钢轨波磨，将阻尼系数提高到0.000 1可显著抑制钢轨波磨.      

城市轨道交通桥梁-声屏障系统结构噪声特性与预测

针对列车通过城市轨道交通高架时引起的桥梁-声屏障系统结构噪声问题,在某市域铁路箱梁段分别选取无声屏障和直立式声屏障地段,开展噪声现场测试;通过对比无声屏障和直立式声屏障地段的测试结果,分析了箱梁-声屏障系统结构噪声的频谱特性;基于有限元-边界元法,建立了箱梁-声屏障系统振动声辐射数值计算模型,研究了箱梁-声屏障系统结构...     

车辆系统空气弹簧失气安全性分析

建立了具有刚度衰变特性的空气弹簧失气模型和非线性粘滑接触模型,结合车辆系统动力学,模拟空气弹簧失气动态过程与失气后的应急状态,分析了空气弹簧失气后车辆系统的稳定性与空气弹簧突然失气对车辆动力学性能的影响,研究了不同失气过程时长、运行速度与曲线通过工况下空气弹簧失气车辆的安全性。计算结果表明:空气弹簧失气后车辆临界速度由623km.h-1大幅降低为351km.h-1。空气弹簧突然失气导致轮轨垂向力减小,轮重减载率增大,且失气过程越短,轮重减载率越大,失气过程为0.2s时轮重减载率达到0.651。车辆运行速度低于300km.h-1时,车速对轮重减载率和轮轨力影响不明显,当大于300km.h-1时,减载率随车速增大迅速增大。车辆通过曲线时,在圆曲线上失气最危险,轮重减载率最大为0.652。     

受电弓区域气动激励特性及其对车内噪声的影响

基于三维可压缩黏性流体模型对350 km·h-1速度下受电弓区域的非定常流场进行模拟,分析了受电弓底板上的脉动压力特征;利用波数滤波方法,对底板区域的脉动压力进行分离,得到了对流压力和声学压力,分析了2种压力在波数和频率域的特性;基于统计能量分析方法建立了简化的受电弓区域车内噪声预测模型,分析了2种激励对车内噪声的影响...     

城市轨道交通高架钢轨波磨地段振动噪声试验

为探明城市轨道交通高架钢轨波磨地段振动噪声对沿线环境的影响,以某城市轨道交通高架钢轨波磨地段为研究对象,开展了列车以不同速度通过时的振动与噪声现场测试;基于测试结果分析了车速对城市轨道交通高架振动与噪声的影响,研究了城市轨道交通高架噪声的空间分布特性,解释了城市轨道交通高架钢轨波磨地段振动与噪声峰值产生的原因.研究结果...     

城市轨道车辆噪声分析及减噪措施研究

阐述了城市轨道车辆噪声和振动的测试方法。在对7000型、DL-621型、5000型城市轨道车辆噪声和振动测试的基础上,利用B&K2033(A)分析仪与APPLE-Ⅱ联机对测得的信号进行了频谱分析,利用IBM-PC/XT微机对数据进行了FFT处理;分析了城市轨道车辆的噪声现状,并对车内外噪声进行了A声级评价,提出了降低轨道车辆噪声的主要途径,弹性车轮作为一种减噪措施,分析了其减噪隔振作用,并对弹性车轮的轮心、轮箍、轮环、橡胶环等四部分做了分析、讣算和设计。     

基于小滚轮高频激励的高速列车齿轮箱箱体振动试验

为探究高速列车齿轮箱箱体振动特性和疲劳损伤, 应用小滚轮高频激励台架试验, 将滚轮表面加工成径跳量幅值为0.05 mm的13阶多边形, 可等效成20阶车轮多边形, 研究了某型齿轮箱箱体在不同垂向载荷与速度工况下的振动特性; 通过雨流计数法及Miner线性损伤法则, 分析了齿轮箱箱体单位时间应力累计损伤。研究结果表明: 受齿轮箱箱体共振影响, 不同垂向载荷与速度工况下, 高速列车运行速度为200 km·h-1时, 齿轮箱箱体各测点的垂、横向加速度均方根值均为最小; 当垂向载荷为23 t时, 大部分测点的垂、横向加速度均方根值均为最大; 齿轮箱箱体存在573 Hz的局部固有频率被激发共振, 其原因是试验速度为100 km·h-1时试验台发生共振, 以及试验速度为300 km·h-1时, 受到20阶多边形车轮转频约580 Hz的主频激扰; 车轮初始速度从0加速到200 km·h-1及从300 km·h-1减速至0的速度等级之间时, 齿轮箱箱体各测点的单位时间应力累计损伤波动较大, 其余速度等级段各测点的单位时间应力累计损伤波动很小; 单位时间应力损伤最大值出现在大齿轮箱齿面观察孔, 为3.72×10-10, 损伤最小值位于小齿轮箱轴承正上方, 仅为8.29×10-18。可见, 箱体共振、试验台减速运行、速度等级对齿轮箱箱体振动加速度影响较大; 非共振、试验台不减速运行、相同速度等级下, 垂向载荷对单位时间应力累计损伤影响甚微。      

弹性轮对的有限元分析

弹性轮对在国外轻轨交通车辆上已使用较为广泛 ,实践表明其在减少轮轨噪声、降低轮轨间的动作用力和提高旅客的乘坐舒适度等方面取得了明显的效果 ,但在国内还处于起步时期。应用有限元分析软件 ANSYS对弹性轮对进行了应力、变形和模态计算分析 ,并与刚性轮对的结果相比较 ,同时 ,研究了橡胶的本构参数对弹性轮对静强度的影响。结果表明 :在静载作用下 ,弹性轮对与刚性轮对的最大等效应力均发生在辐板靠近车轴处 ,但前者的最大等效应力值大于后者 ;橡胶材料常数对弹性轮对的橡胶应力和应变有较大影响 ,应对其合理选取 ;弹性轮对的低阶固有频率低于刚性轮对 ,这会使弹性轮对具有较好的隔振能力     

高速列车齿轮箱箱体动应力影响规律

通过线路测试研究了列车运行速度、线路条件与车轮镟修对齿轮箱箱体动应力的影响规律, 结合轴箱振动加速度分析了箱体动应力的变化规律。研究结果表明: 齿轮箱箱体动应力与轴箱垂向加速度的幅值谱基本一致, 主频均为570 Hz, 反映了箱体动应力水平与轮轨相互作用产生的高频激励密切相关; 列车运行速度由200 km·h-1增大到300 km·h-1时, 齿轮箱箱体的应力幅值呈现增大趋势, 尤其在箱体开裂的齿面检查孔位置, 其等效应力由5.56 MPa增大至16.67 MPa, 增大约2倍; 轨道磨耗造成的不平顺对列车轴箱和齿轮箱箱体的振动具有较大的影响, 列车由磨耗线路运营至打磨线路时, 轴箱高频阶段振动幅值水平明显降低, 箱体关键点的等效应力由16.26 MPa减小到10.16 MPa, 减小38%;车轮高阶多边形在列车高速运行时(300 km·h-1) 产生的高频(550~650 Hz) 激扰造成箱体高频振动和动应力、等效应力大幅提升, 箱体关键点的等效应力在镟轮前后由17.45 MPa减小到8.56 MPa, 减小51%。可见, 轨道打磨与车轮镟修均改善了齿轮箱箱体的受力状态, 因此, 选择合理的轨道打磨和轮对镟修周期可有效延长齿轮箱箱体的疲劳寿命。      

融合稳定性的高速无人驾驶车辆纵横向协调控制方法

提出了一种纵横向协调控制的路径跟踪控制方法; 建立了车辆预瞄误差模型和考虑路面地形的高速车辆等效动力学模型, 以此引入道路曲率地形因素; 基于模糊规则设计了预瞄距离发生器, 解决预瞄误差模型中固定预瞄距离的问题; 建立了预测时域与道路曲率的函数关系, 运用模型预测控制算法求解前轮转角, 从而建立路径跟踪控制器; 运用指数模型表示车辆期望车速, 设计了比例积分微分纵向控制器控制车速以改善路径跟踪精度; 运用质心侧偏角相平面图表征车辆稳定性特征, 设计比例积分微分稳定性控制器以改善车辆稳定性。研究结果表明: 提出的控制方法能在不同附着系数路面上对车辆跟踪性能进行优化, 在干燥沥青路面以车速90 km·h-1行驶时, 与只运用模型预测控制算法进行路径跟踪控制的车辆相比, 最大横向误差可减少33%;在潮湿沥青路面以车速70 km·h-1行驶时, 与只运用模型预测控制算法进行路径跟踪控制的车辆相比, 最大横向误差可减少30%;在冰雪路面以车速55 km·h-1行驶时, 与只运用模型预测控制算法进行路径跟踪控制的车辆相比, 最大横向误差可减少16%。可见, 所提出的控制方法能有效改善路径跟踪精度。