基于TRIZ理论的低频减振轨道结构研究

研究目的:针对常规浮置板轨道结构会放大低频振动的现象,基于发明问题解决理论(TRIZ)的思想和方法,利用发明原理、流分析等工具,提出低频减振轨道结构方案,并对部分方案进行数值仿真验证。研究结论:(1)利用空间分离原理,提出"分离式"轨道板结构,可克服"刚度既要低,又要大"这个物理矛盾;(2)利用流分析中"结合一个反流"的方法,提出"被动式动力减振"轨道结构,即在轨道板上弹性连接一个附加质量块,通过附加质量块相对于轨道板的反相位振动,可实现在常规浮置板轨道结构固有频率处施加一个反流的目的,从而消除常规浮置板轨道结构会放大低频振动的现象;(3)利用多体系统动力学和有限元技术,建立了车辆-被动式动力减振浮置板轨道结构耦合振动模型,计算结果表明:被动式动力减振浮置板轨道结构可以有效地抑制常规浮置板轨道结构在13 Hz(一阶模态)附近的低频振动,浮置板振动加速度由1.06 m/s~2减小到0.25 m/s~2,降低幅度达76%;(4)本研究结果可供低频减振轨道结构设计参考。     

曲线地段钢弹簧浮置板轨道振动 特性试验研究

为探究曲线地段钢弹簧浮置板轨道结构振动特性,分别在钢弹簧浮置板轨道和普通道床的曲线地段进行现场测试,采用短时傅里叶变换对测试数据进行时-频处理,分析轨道结构振动时频特性。相比普通道床,在钢弹簧浮置板轨道中,钢轨和道床板振动幅值增大,振动频率向高频移动;道床板时频分布的峰值频率与车辆类型和激励原因有关;浮置板轨道中,隧道壁垂向加速度级减小23 dB,横向加速度级则增大6 dB,主要表现在8～50 Hz;隧道壁振动受到轨道板横向振动激励和浮置板轨道振动传递特性两者的影响,通过这个角度解释了曲线地段地段浮置板轨道中隧道壁横向振动放大的原因。     

浮置板轨道结构的振动频率分析

浮置板轨道结构在城市轨道交通中的减振降噪效果最显著,而其减振性能与它的固有频率有关.通过建立浮置板轨道有限元分析模型,对浮置板轨道进行了模态分析.分析了浮置板轨道的断面形状、弹性支座刚度、浮置板长度、弹性支座布置间距等对浮置板轨道系统振动频率的影响.分析结果可为浮置板轨道结构的优化隔振设计提供一定的理论依据.     

浮置板轨道二维建模及隔振性能分析

为分析轮对载荷相位差及浮置板弯曲振动模态对轨道隔振性能的影响,利用动柔度法建立二维浮置板轨道频域模型,浮置板简化为自由边界的Kirchhoff薄板,根据力的传递率分析轨道隔振性能。计算结果表明,轮对载荷存在相位差时将激起更多的浮置板弯曲振动模态,从而降低浮置板轨道的隔振性能。采用短浮置板可减少其结构模态数目,提高中频段的轨道隔振性能。当轮对载荷同相位时,可以用一维浮置板轨道模型(梁模型)进行分析计算。     

时速120 km地铁多种减振轨道结构振动特征分析

为研究时速120 km地铁多种减振轨道结构的振动特征及振动传播规律,对比分析了某时速120 km地铁线路上的DZ-Ⅲ型减振扣件轨道、GJ-Ⅲ型减振扣件轨道、减振垫浮置板轨道在时域和频域内的实测结果。时域分析结果表明:3种轨道结构的浮置板(道床板)振动加速度幅值大致相等,减振垫浮置板轨道处隧道振动加速度幅值比其余2种轨道处小一个数量级,更有效地削减了振动加速度幅值。频域分析结果表明:在20~80 Hz和0~20 Hz频段内,减振垫浮置板轨道的隧道振动加速度级比另外2种轨道小,减振效果更好。除GJ-Ⅲ型减振扣件轨道钢轨与道床板间在0~80 Hz频段内衰减不明显外,振动加速度的传播大致遵循由钢轨到浮置板(道床板),再到隧道逐层衰减的规律。     

基于功率流法的城市高架轨道振动能量传递特性研究

近年来,城市高架轨道列车运行过程中产生的振动已成为严重的问题。为研究高架轨道振动能量的传递特性,基于单层隔振系统和多层隔振系统功率流理论,分析振动能量的传递和耗散过程。通过建立高架轨道系统有限元模型,并以实测加速度结果验证模型的准确性。结合有限元模型和功率流理论,分析能量在轨道结构中的分布与传递规律。结果表明：振动能量在轨道结构的固有频率处达到峰值;由于扣件和轨道板支承对振动能量的衰减作用,全频段(1～1 000 Hz)范围内,振动能量在从上往下的传递过程中逐渐减小;扣件系统可显著消耗钢轨高频(100～1 000 Hz)振动能量,轨道板支承可显著消耗轨道板的低频(1～100 Hz)振动能量;功率流指标能直观反映振动能量在结构中的分布、传递和耗散特性;可通过设计扣件和轨道板支承的刚度和阻尼,获得最优的减振效果。     

浮置式轨道结构的自振频率有限元分析

浮置式轨道结构作为一种减振降噪的轨道结构,广泛应用于城市轨道交通线路中。目前,这类轨道结构有钢弹簧浮置板、隔离式减振垫和梯形轨枕等几种轨道型式,其中钢弹簧浮置板轨道又包括传统的现浇钢弹簧浮置板轨道与新型的预制钢弹簧浮置板轨道。文章通过对这4种浮置式轨道的自振频率有限元分析,研究了不同设计参数对它们各自自振动频率的影响,以期为今后浮置式轨道结构其他动力特性分析提供参考。     

城际铁路橡胶浮置板轨道动力特性理论试验研究

城际铁路沿线振动敏感区段多、减振要求较高，橡胶浮置板轨道以其良好的减振性能得到了广泛应用。为研究橡胶浮置板轨道结构动力学特性及其影响因素，建立车辆-橡胶浮置板轨道动力学模型，并开展室内落轴冲击试验，分别从理论与试验角度对橡胶浮置板轨道动力特性进行研究。主要结论如下：(1)橡胶浮置板轨道能够保证城际铁路平顺性要求，轨道结构位移、振动加速度等指标均满足标准要求；(2)城际铁路轨道振动基频在64 Hz附近，橡胶垫刚度越小，振动控制效果越好，刚度建议取0.019～0.042 N/mm³;(3)底座振动随车速呈线性增大，设计速度的提高对1～8 Hz及80 Hz以上振动有明显放大作用；(4)通过落轴试验证明，橡胶浮置板轨道在32～100 Hz频段内具有良好减振效果，可减小底座振动8 dB。     

杭州地铁1号线浮置板轨道减振效果对比分析

由于浮置板轨道减振效果较好,在地铁建设中使用比例大幅度增加。结合杭州地铁1号线钢弹簧浮置板和橡胶浮置板的测试结果,对比分析两种浮置板的自振特性、隧道内和地面减振效果。分析结果表明：受不同的轨道结构形式、不同的列车类型、运行速度、隧道结构等诸多因素影响,钢弹簧浮置板和橡胶浮置板轨道有不同的振动频率特性;钢弹簧浮置板竖向自振频率为7.90 Hz,橡胶浮置板竖向自振频率为14.87 Hz,钢弹簧浮置板和橡胶浮置板的高频减振效果高于低频的减振效果;橡胶浮置板对于高于25 Hz的振动有8～16 dB的减振效果;弹簧浮置板对于高于12.5 Hz的振动有8～22 dB的减振效果,钢弹簧浮置板轨道对于控制列车运行产生的环境振动更有效。     

减振轨道对高架桥梁低频振动特性的影响

基于有限元方法与车辆—轨道耦合动力学理论,针对城市高架轨道交通引起的低频振动现象,着重分析了常用高架简支箱梁在铺设非减振型轨道、钢弹簧浮置板轨道和被动式动力减振浮置板轨道3种情况下的低频振动特性。结果表明:在0~30 Hz,非减振型轨道板因与梁体共同运动,其振动水平较钢弹簧浮置板略低,但非减振型轨道板无法有效衰减传递到桥梁结构的振动;在15~30 Hz,钢弹簧浮置板通过增大轨道板自身振动的方式降低板下结构的振动,墩顶的振动加速度级衰减量约10~20 d B,但会放大轨道在1阶固有频率(5 Hz左右)处的振动水平;插入控制1阶模态振动的被动式动力吸振器,可使浮置板及桥墩各测点在1阶固有频率处的振动大幅衰减,桥墩的振动加速度级衰减量约为10 d B,有效弥补了钢弹簧浮置板结构的不足。     

浮置板式轨道结构隔振效果仿真研究

建立列车—轨道结构耦合系统有限元模型,将轨道不平顺作为列车—轨道结构耦合系统的激励源,对普通碎石道床轨道结构和浮置板式轨道结构的列车—轨道结构耦合系统动力学性能进行仿真研究,对比分析这2种类型的轨道结构系统振动响应与系统振动传递函数,评价浮置板式轨道结构的隔振效果。分析结果表明,浮置板式轨道结构与普通碎石道床轨道结构相比,振动加速度降低约70%,距线路5 m处大地振动加速度响应峰值降低约62.8%,相应Z振级衰减约10 dB,竖向振动加速度频率范围由0~200 Hz降到0~60 Hz,有效起到了振动隔离效果。     

浮置板与整体道床轨道车轨振动特性对比分析

基于车-轨耦合动力学理论,对钢弹簧浮置板轨道和整体道床轨道进行耦合动力学分析。对比地铁车辆在两种轨道上运行时的车体加速度、轮轨相互作用力、钢轨加速度以及轨道板(道床板)振动加速度等指标,对浮置板轨道的应用具有理论指导意义。对比从时域和频域分别进行,结果表明,将整体道床轨道替换为浮置板轨道后,车体垂向加速度、轮轨动作用力受到的影响很小,时域幅值略微有减小趋势;钢轨加速度和轨道板(道床板)表面加速度有明显增大趋势,所以浮置板轨道在减小板下振动的同时势必会引起轨道结构振动噪声增大以及疲劳伤损加快等弊端,应加以研究控制。     

北京地下直径线橡胶浮置板道床动力仿真计算及适应性分析

针对北京地下直径线两处小半径大坡道地段环境振动敏感点,进行铺设橡胶浮置板道床的适应性分析,为国内干线铁路环境敏感点减振轨道选型及振动控制提供理论基础。利用有限元软件,建立列车-橡胶浮置板轨道-隧道基础三维动力分析模型,对其传递特性进行分析,对最不利工况进行动力计算及适应性分析。研究结论:(1)得出橡胶浮置板道床固有频率为16.75 Hz,并在27.3 Hz之后能明显起到隔振作用;(2)通过对动车组和SS9型机车通过直线段和曲线段的全过程进行动力仿真计算,橡胶浮置板道床的行车舒适性、安全性都满足规范要求。     

轨道交通桥梁结构噪声影响及治理措施研究

为探讨轨道交通桥梁结构噪声分布规律及评价采取轨道减振措施后的降噪效果,以某轨道交通高架线路为例,采用有限元与边界元相结合的方法分析有无隔振措施时桥梁振动及其引起的结构噪声,其中主要分析钢弹簧浮置板轨道、减振扣件轨道和橡胶减振垫轨道3种轨道减振措施。结果表明:单箱单室箱梁辐射声能量主要集中于31.5~125 Hz,噪声峰值出现在40~63 Hz;列车运行速度越大,桥梁结构噪声辐射总声压级越大;采取隔振措施后结构噪声可降低约5.6~16.6 dB(A),其中钢弹簧浮置板轨道降噪效果明显优于橡胶减振垫轨道和减振扣件轨道。     

高性能湿接装配式长型浮置板静动力性能研究

研究目的:综合现浇长板和预制短板两种浮置板轨道的优点,提出一种通过高性能混凝土湿接缝将预制短板连接成长板的浮置板设计方案.通过对该方案和对比方案的车轨耦合动力计算及对其不利状态下的静动力分析,从多方面验证该方案的可行性和优越性,并为其设计及应用提供依据. 研究结论:(1)长板正弯矩相比短板有所增大,湿接缝位置相对于其他...     

4种地铁减振轨道轮轨动态相互作用对比分析

为了研究地铁曲线段不同减振轨道的轮轨动态相互作用,通过现场实测数据对比分析了橡胶隔振垫道床轨道、钢弹簧浮置板道床轨道、梯形轨枕轨道、单趾弹条扣件轨道4种减振轨道结构的轮轨力、钢轨动态位移,以及对应断面处隧道壁的垂向振动加速度。分析结果表明:单趾弹条扣件轨道振动相对较大,钢弹簧浮置板道床振动相对较小;4种减振轨道对应的轮轨垂向力、横向力、脱轨系数均满足列车安全运营要求;钢弹簧浮置板道床轨道的钢轨动态位移平均值较大,但小于安全限值。     

地铁常用减振轨道振动特性及减振效果对比研究

对中等减振扣件轨道、梯形轨枕轨道、钢弹簧浮置板轨道、普通整体道床轨道进行环境振动现场实测,对比分析地铁列车通过时不同轨道的钢轨、道床、隧道壁振动加速度(垂向、横向)及钢轨动态变形(垂向、横向).结果表明:4种类型轨道的钢轨振动加速度相差不大;中等减振扣件轨道的道床振动加速度小于普通整体道床轨道,另外2种减振轨道明显大于普通整体道床轨道;钢弹簧浮置板轨道的隧道壁振动加速度明显小于其他轨道;钢弹簧浮置板轨道减振效果最好;中等减振扣件轨道的钢轨动态变形明显大于其他轨道.     

基于TMD的钢弹簧浮置板轨道结构改进研究

为提升钢弹簧浮置板轨道低频域制振性能,应用有限元方法建立地铁车辆-钢弹簧浮置板轨道耦合动力学模型,对带凸台的常规钢弹簧浮置板轨道进行结构改进设计。参考某地铁实际线路,基于TMD定点理论以及多自由度系统等价质量识别法,通过对无凸台钢弹簧浮置板轨道进行模态分析和谐响应分析,确定钢弹簧浮置板凸台下减振元件的最优刚度、最优阻尼;然后基于车辆-钢弹簧浮置板轨道耦合动力学模型,研究列车动荷载作用下钢弹簧浮置板轨道改进前后低频域制振效果。结果表明:改进后的钢弹簧浮置板轨道能够有效地抑制轨道板固有频率附近频段的低频振动;合理的TMD参数匹配能够有效地控制列车动荷载下钢弹簧浮置板基频范围内的低频振动及对应频段钢弹簧支反力向周围基础的传递。     

钢弹簧浮置板轨道结构在不同频段的隔振效率

建立三维钢弹簧浮置板轨道结构的、具动力传递特性的有限元分析模型,针对不同设计参数和激振频率,研究该轨道结构的动力传递特性和隔振效率。计算结果表明,所采用的方法可详细解剖浮置板相关设计参数对隔振效率的影响,可以为钢弹簧浮置板轨道结构的国产化和动力优化设计等工作提供理论参考。     

高架箱梁-浮置板轨道系统隔振性能分析

浮置板轨道作为一种减振轨道广泛应用于城市轨道交通中,为研究其在高架线上的隔振性能,建立箱梁-浮置板轨道耦合系统三维有限元模型。利用谐响应分析的方法,分析了箱梁支座刚度、钢弹簧刚度及支撑间距等参数对箱梁结构振动的影响。结果表明:与普通轨道相比,当荷载频率达到20 Hz以上时,浮置板轨道才表现出明显的隔振性能;钢弹簧刚度的变化对高架桥上浮置板隔振性能的影响主要集中在荷载频率为9~15 Hz以内且影响程度较小。钢弹簧的支撑间距对高架桥浮置板隔振性能的影响主要集中在荷载频率为50 Hz以上,其影响程度较钢弹簧刚度变化的影响要明显;荷载频率在50 Hz以内的影响很小且仅在位移峰值处有变化。