城市轨道交通直壁式声屏障车致振动噪声研究

为了探究城市轨道交通声屏障的车致振动噪声问题,基于列车-轨道-桥梁相互作用理论,建立了列车-橡胶浮置板减振轨道-箱梁桥-声屏障耦合动力学模型,采用声学边界元法对列车通过城市轨道交通高架线路时的直壁式声屏障车致振动低频噪声问题进行了研究.研究结果表明:声屏障的车致振动主要集中在低频段,其中水平局部横向振动特性表现的十分显著,远强于垂向振动;声屏障的车致振动噪声主要集中在120 Hz以下的低频段,其中在声屏障正上方和正下方垂向声场区域的辐射噪声最小;列车经过时引起的声屏障水平局部振动特性是声屏障辐射噪声的主要原因,尤其是通透隔声板;声屏障局部振动不仅影响其辐射噪声的大小,同样对其辐射规律影响较大,即在具有较强局部振动特性的声辐射频段,声屏障具有规则的声辐射规律.     

腹板开孔对轨道交通箱梁振动噪声的影响

实测了城市轨道交通简支箱梁各板件的振动与近场噪声, 结合板件声辐射理论研究了箱梁结构振动辐射噪声和箱梁振动的关系; 基于箱梁结构噪声易产生绕射的低频特性, 计算了矩形混凝土板件在不同开孔工况下辐射的结构噪声变化情况; 在考虑箱梁腹板开孔的基础上建立了车辆-轨道-箱梁耦合有限元模型和箱梁振动-结构噪声有限元-无限元模型, 分析了箱梁腹板开孔前后各板件的振动和结构辐射噪声变化情况。研究结果表明: 箱梁板件声辐射效率随频率的增加并不呈现线性关系, 箱梁各板件近场低频(低于250 Hz) 辐射噪声与结构振动加速度级也并非简单的线性关系, 箱梁辐射噪声由箱梁振动和箱梁各板件声辐射效率共同决定; 对于两端简支的开孔板件, 在开孔率基本一致(0.4%左右) 的情况下, 开孔直径越小, 板件振动辐射噪声声压级越小; 采用有限元-无限元方法模拟箱梁近场低频结构噪声, 既能解决单独采用有限元法时声场边界反射的影响, 也避免了采用有限元-边界元方法时多软件交叉使用的不便; 腹板开孔虽然增加了箱梁板件在某些频率(100~125 Hz) 处的振动响应, 但由于箱梁内、外部声场连通, 使得声短路效应增加, 降低了板件的声辐射效率和相应频段的噪声; 腹板开孔后在1~250 Hz频段内顶板、底板和腹板附近的总声压级分别降低了9.43、2.74和1.63 dB, 从而使箱梁结构噪声得到了控制。      

基于瞬态边界元法的箱梁声辐射

为进一步开展桥梁结构噪声的研究,基于有限元-瞬态边界元法理论,对铁路32 m简支箱梁桥进行了时域振动响应及声辐射特性分析.首先,利用有限元软件ANSYS建立轨道-桥梁有限元模型;然后,运用车-线-桥仿真程序(TTBSIM),仿真计算得到轮轨相互作用力,并作为有限元模型的外部激励进行了列车动荷载作用下桥梁的时域振动响应分析;最后,以桥梁振动响应为边界条件,利用声学边界元软件Sysnoise研究分析了由列车动荷载引起的桥梁瞬态辐射噪声,并将测点声压计算值与实测值进行了对比验证.研究结果表明,200 km/h高速列车作用下桥面板振动级明显大于桥底板和桥梁腹板,桥梁主要噪声辐射部位为桥面板;桥梁结构噪声主要集中于低频段;随距离增加,噪声幅值逐渐减小,且高频噪声衰减速度明显快于低频噪声.      

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...     

铁路高架结构线路噪声预测

列车在高架铁路运行时辐射的噪声与路基线路存在较大差异,特别是当线路采用了声屏障后,高架结构辐射的噪声对沿线环境的影响将显现．文中应用动力学基本理论建立了车．桥线路的耦合模型,获得了列车运行时轮轨之间的作用力,将其作为高架结构的统计能量分析的输入,研究了高架结构振动与声辐射,并应用高架结构的振动测试,进行了模型验证．应用该模型研究了200km／h速度下列车运行引起的高架结构噪声辐射,分析了轨道垫板的刚度变化对高架结构声辐射的影响,得出了优化轨道垫板的刚度可以提高高架结构声屏障的总体降噪效果的结论．     

交通荷载作用下钢箱梁振动声场分布研究

交通荷载引起的桥梁振动辐射低频噪声严重危害居民的身体健康,研究箱梁噪声分布对评价及降低环境噪声污染具有重要现实意义。结合车桥耦合振动和声传播理论,通过建立桥梁振动辐射有限元-边界元的求解体系,以32 m等截面钢箱梁桥作为实体模型,对交通荷载作用下钢箱梁振动产生的瞬态噪声声场特性进行了数值模拟,得出瞬态噪声声场特性。分析结果表明,顶板的振动辐射噪声大于梁体的其它结构。随着离梁体距离增加,声压变小,噪声衰减幅度也会变小。在钢箱梁内添加吸声材料后,降噪效果不大。     

桥梁截面形式对轨道交通高架噪声的影响

城市轨道交通高架一般采用预应力混凝土简支梁,其截面形式不但直接影响桥梁振动及其结构声辐射,还间接影响轮轨噪声的传播. 为给低噪声轨道交通的高架桥梁截面选型提供依据,本文采用功率流方法计算轮轨滚动激励引起的轨、桥空间平均振动均方速度,结合声有限元-无限元方法分析钢轨噪声和桥梁结构噪声的产生与传播,对比研究了某U型梁、单箱单室梁及双箱双室梁的振动及其声辐射的差异. 结果表明:桥梁截面形式对钢轨振动影响很小,但明显影响钢轨噪声辐射;截面形式对桥梁振动及结构噪声的影响均很大. 就钢轨噪声而言,U型梁相比箱形梁小1～3 dB(A);但在桥梁结构噪声方面,单箱单室梁较U型梁小2～10 dB(A),双箱双室梁较单箱单室梁可再减小2～6 dB(A).      

结构随机振动有限元/边界元法声学数值仿真

建立了结构振动的有限元模型和声学分析的边界元模型,基于边界元法推导了声学响应函数的计算公式,利用声学响应函数和激励谱密度推导了设计域点响应声压的自谱密度函数.以平板稳态振动声辐射为研究算例,计算了1~200 Hz的声学频率响应函数,并计算了系统受常谱密度和变谱密度随机载荷激励的声学响应.理论推导和实例结果表明,基于边界元法的声学响应函数可有效的求解随机声场.     

结构随机振动有限元/边界元法声学数值仿真

建立了结构振动的有限元模型和声学分析的边界元模型,基于边界元法推导了声学响应函数的计算公式,利用声学响应函数和激励谱密度推导了设计域点响应声压的自谱密度函数.以平板稳态振动声辐射为研究算例,计算了1~200 Hz的声学频率响应函数,并计算了系统受常谱密度和变谱密度随机载荷激励的声学响应.理论推导和实例结果表明,基于边界元法的声学响应函数可有效的求解随机声场.     

基于瞬态边界元法的铁路车轮声辐射研究

轨道车轮的振动声辐射瞬态特性分析能够直观反映车轮结构的时域振动响应和时域声辐射特性.利用有限元/瞬态边界元法的计算机仿真技术,对S形辐板车轮在时域下进行振动及声辐射特性分析.研究结果表明:踏面和辐板的轴向位移响应级基本一致,且轮辋和辐板之间轴向振动存在耦合关系;踏面、轮辋和辐板轴向位移响应级的变化趋势一致,具有类似于"拍"的周期特性;在车轮轴线上距离车轮30m处的声压集中在60~80dB,且随时间的增加整体缓慢上升,再趋于平稳;声压主要分布在3 500Hz以下的频段.研究结果为瞬态声辐射仿真技术在车轮振动声辐射特性研究中的应用提供参考.     

城轨高架环境噪声特性与不同频段能量

测试了某城市地铁1号线一期高架线路普通整体道床无声屏障和道床垫式浮置板道床全声屏障区段的桥侧环境噪声, 分析了桥侧各测点的A计权总声压级与1/3频程线性声压级, 绘制了线性声压级云图, 研究了各频段噪声能量比例。分析结果表明: 道床垫式浮置板道床全声屏障能有效降低噪声源强处与桥侧环境噪声, 降噪效果、能量分布与频段和测点位置有关; 在桥面高度相近的测点, 降噪效果随距线路中心线距离的增大而减小, 而在近地面的测点, 降噪效果随距线路中心线距离的增大而增大; 降噪效果在中高频段明显大于低频段; 在1/3频程中心频率为20.0~31.5 Hz时, 距离线路中心线55.0 m处, 道床垫式浮置板道床全声屏障区段的线性声压级较普通整体道床无声屏障区段大0.82~6.96 dB; 在普通整体道床无声屏障区段, 在高出地面1.2、9.8 m处, 噪声能量以低于200 Hz为主, 在高出地面11.3 m处, 噪声能量以250~400 Hz为主, 在高出地面12.8 m处, 噪声能量以400~1 000 Hz为主; 在高出地面11.3 m处与200 Hz以下范围内, 普通整体道床无声屏障和道床垫式浮置板道床全声屏障区段的噪声能量持平; 在道床垫式浮置板道床全声屏障区段, 低于200 Hz的桥侧噪声能量较高, 因此, 建议根据高架桥旁敏感点的具体位置采取针对性减振降噪措施, 并重点关注低频噪声失去中高频噪声的遮蔽后尤显突出的问题。      

结构声辐射边界元声学灵敏度研究

声学灵敏度反应了结构振动引起的辐射声压与结构表面法向振动速度之间的关系.分析了基于边界元法的结构振动声辐射计算原理,推导了声学敏度.用有限元法计算结构动力学响应,以有限元法计算的结构振动速度为边界条件,基于边界元法计算结构振动幅射的声压及声压对振动速度的灵敏度.以一六面体的振动为研究实例,得到了其振动的外场声压及其对结构振动法向速度的灵敏度.结果表明声学灵敏度只与结构几何形状及设计域点的位置有关.     

双块式无砟轨道-箱梁结构振动与噪声参数影响分析

以跨度为32m的简支高架箱梁为研究对象,利用有限元法与间接边界元法相结合,分析了德国低干扰轨道谱激励下不同参数对双块式无砟轨道高架箱梁结构噪声的影响.结果表明:扣件刚度对钢轨的振动位移和箱梁底板的振动加速度影响较大,对高架箱梁结构噪声的影响主要在32Hz以下;行车速度对钢轨的振动加速度和箱梁底板的振动位移影响较大,对高架桥梁结构噪声的影响比较强烈,而且距离线路中心线距离越远的场点,其所受车速影响越大.     

结构声辐射边界元声学灵敏度研究

声学灵敏度反应了结构振动引起的辐射声压与结构表面法向振动速度之间的关系.分析了基于边界元法的结构振动声辐射计算原理,推导了声学敏度.用有限元法计算结构动力学响应,以有限元法计算的结构振动速度为边界条件,基于边界元法计算结构振动幅射的声压及声压对振动速度的灵敏度.以一六面体的振动为研究实例,得到了其振动的外场声压及其对结构振动法向速度的灵敏度.结果表明声学灵敏度只与结构几何形状及设计域点的位置有关.     

高速列车对站房振动噪声影响的试验研究

为研究列车通行对综合交通枢纽振动噪声的影响,以成渝高铁沙坪坝站为工程背景,通过现场试验实测了站房候车厅、站台、轨道板的振动加速度以及候车厅、站台区域、轨行区的辐射声压. 通过对实测信号分别进行了时域分析和1/3倍频程分析,探究了列车作用下站房的振动传递规律及噪声辐射特性. 结果表明:在列车运行荷载作用下,站房与站台的结构振动优势频段为10.0～80.0 Hz,振动随振源距离的增大而减小,站台到候车厅总振级衰减最大值达到13.5 dB;轨道板峰值振动加速度级出现在400.0 Hz处,约为101.0 dB;对候车厅而言,噪声声压级的优势频段为20.0～2 500.0 Hz,列车进站总声压级比列车出站高0.5～1.3 dB（A）;对站台而言,噪声的优势频段为125.0～1 000.0 Hz,列车出站总声压级为86.3 dB（A）,比列车进站时高1.3 dB（A）;对轮轨噪声自身,其优势频段为200.0～2 500.0 Hz,列车进站噪声总声压级为91.1 dB（A）,较列车出站时高3.2 dB（A）.      

高速铁路沥青混凝土轨下基础振动噪声性能评估

为比较不同轨下基础噪声水平,通过ABAQUS建立声-固耦合模型,模拟结构振动产生的声场中的噪声变化.选取声场中的声压值转化得到的声压级值作为定量评价两种沥青混凝土轨下基础(ACRS-1型、ACRS-2型)和普通板式(SlabTrack)结构产生的噪声水平.结果表明,选用的声-固耦合模型可以较好地评估不同轨下基础下噪声.比较3种轨下基础结构可以发现,总体上, ACRS-1型和ACRS-2型结构要比普通板式结构的噪声要低,特别是ACRS-2型结构,比其他两种结构的噪声均要低.噪声降低的幅值出现在0.01、0.02、0.03 s附近,尤其在0.02 s附近, ACRS-2型结构低于普通板式结构的噪声幅值10~20 dB, ACRS-1型结构低于普通板式结构的噪声幅值5 dB左右.      

高速铁路半封闭式声屏障降噪效果测试与分析

当前半封闭式声屏障逐渐在高速铁路工程中得到了应用,但其在运营状态下的实际降噪效果研究还极其有限.为此,以沪昆客专杭长段半封闭式声屏障为工程背景,分别在声屏障内、外表面,以及封闭侧和敞开侧不同距离处布置测点,监测高速列车通过时的噪声,并对场点的声压级频谱、声场分布、衰减规律、隔声量和插入损失等声学特性进行讨论.结果表明:多重反射造成的混响效应使得半封闭式声屏障内表面的噪声有所增大;距封闭侧线路中心7.5 m处,高位测点比低位测点声压级大,而其他位置不同高度测点在垂向的指向性不明显.半封闭式声屏障的隔声量随频率增加而增大,在1 000 Hz处最大约26 dB;距轨道中心线7.5 m和25 m处的插入损失均值为16.5 dB（A）和15.5 dB（A）.      

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。     

高速铁路桥梁的低频噪声研究

根据结构的声辐射条件，导出具有耦合关系的有限元列式，然后分析计算了高速列车通过桥梁时各构件的振动响应，由此求得振动所诱发的低频噪声，进而示得声压随时间的变化规律以及声压频谱图，并分析产生噪声的主要原因，提出了预防与控制噪声的措施。     

高速铁路桥梁全封闭声屏障结构噪声特性

开展了高速铁路桥梁和桥梁-全封闭声屏障典型结构断面的振动和噪声测试,建立了高速铁路桥梁-全封闭声屏障系统结构噪声的快速多极边界元法(FMBEM)数值预测模型,深入分析了板件的车致振动与结构噪声辐射的相关性和时频特性,并以此验证了FMBEM数值预测模型求解结构噪声的准确性;对比分析了有、无全封闭声屏障工况下32 m简支箱...