地铁直线轨道波磨成因及发展特性

为分析地铁直线段钢轨波磨的成因及发展特性,基于轨道结构有限元模型和车辆-轨道耦合动力学模型,运用模态分析和动力分析对钢轨波磨的产生和发展进行研究。结果表明：（1）实测波磨的线路条件和通过频率范围与Pinned-Pinned共振导致的响轨波磨接近,初步认为该区段发生的波磨可能为响轨波磨;（2）轨道结构模态分析发现,513.7Hz处的振动模态为轨道结构的横向Pinned-Pinned共振模态,1050.0Hz处的振动模态为轨道结构的垂向Pinned-Pinned共振模态;车辆-轨道耦合模型动力分析发现,钢轨垂向振动加速度级在中心频率500Hz和1000Hz处幅值较高,分别为69.7dB和70.1dB,且上述中心频率所对应的三分之一倍频程带宽为轨道结构发生Pinned-Pinned共振的频率范围,因此分析认为该线路上的钢轨波磨为轨道结构Pinned-Pinned共振所致的响轨波磨;（3）不同轨枕间距和运营速度下的钢轨垂向振动加速度级变化趋势基本一致,且中心频率500Hz和1000Hz处的钢轨垂向振动加速度级幅值较高。随着轨枕间距和运营速度的变化,500Hz和1000Hz处的钢轨垂向振动加速度级变化趋势相同;通过改变轨枕间距和运营速度,可以使得钢轨垂向振动加速度级发生明显变化,说明适当的轨枕间距（700mm左右）和运营速度（80km/h左右）能够有效的控制响轨波磨的产生和发展。     

环肋对两端带半球帽圆柱壳声振特性的影响

为了研究加环肋轴对称壳的声振特性,建立了计算两端带半球帽圆柱壳水中声辐射的有限元与边界元三维模型,分析了加肋高度、宽度、数量对轴对称壳表面平均振动速度、辐射功率、辐射效率、激励点法向声强、声场指向性的影响.应用有限元软件Ansys建模及模态分析方法,将数据导入边界元软件Sysnoise中计算,从而分析结构耦合状态下的辐射声场特性.结果表明,随着环肋高度、宽度及数量的增大,激励点法向声强、表面平均振动速度以及辐射效率和辐射声功率随频率变化曲线的峰彼此错开;环肋高度、宽度、数量增大时激励点法向声强以及辐射声功率均有增加,表面平均振动速度减小,因而导致声辐射效率增加;在0~800Hz频率范围内,环肋高度和宽度变化对声场指向性影响差别较小.     

剪切型减振器扣件工作性能及改进

剪切型减振器扣件减振性能良好,广泛应用于城市轨道交通线路,但在减振器扣件区段发生较为严重的钢轨异常波磨。在300 Hz频段减振器轨道振动加速度存在较大峰值带,发生轮轨强烈共振;在200~350 Hz频段,减振器扣件轨道系统的阻尼比很小,动刚度在300 Hz存在波谷。同时,振动加速度频域分布、行车速度和波磨特征波长具有高度相关性,所以,在300 Hz频段的轮轨共振是产生异常波磨的主要原因。针对此问题,提出通过安装调频钢轨阻尼器(TRD)的方案改善轨道动力特性,并进行安装前后的实验室动力特性测试。研究结果表明:安装TRD能够改善Ⅲ型减振器轨道的动力特性,调节频率,提高阻尼,降低工作频率,改善轨道的减振性能。本方案可以作为地铁线上整治异常波磨的有效方法。     

橡胶垫浮置板轨道变形控制及减振分析

在进行轨道结构减振效果的优化设计时,需要考虑结构的变形限值条件.以橡胶垫浮置板轨道为研究对象,采用模态分析和谐响应分析,对轨道系统的振动特性进行了研究.考虑钢轨的变形限值,提出了减振性能最优的板下胶垫刚度.利用建立的地铁车辆-橡胶垫浮置板轨道-基础空间耦合系统动力分析模型,计算了该胶垫刚度下的轨道、基础动力响应,对其减振效果进行了评估.研究表明:橡胶垫浮置板轨道具有较好的减振性能.按照钢轨变形限值4mm控制,轨道固有频率为18.7Hz.在1~80Hz频率范围内,浮置板轨道的综合减振效果为10.4dB.研究成果可用于实际工程,为类似减振轨道结构的选型和优化设计提供一定的借鉴.     

一种轨道交通高架线路噪声衰减规律的预测方法

提出了一种基于二维振动声辐射模型预测轨道交通高架线路钢轨和桥梁辐射噪声衰减规律的简化方法.首先,通过精细化的2.5维声学计算方法探究了传统线声源简化模型在预测桥梁噪声和钢轨噪声时的适用性.然后,结合板的理论模型和三维车辆-轨道-桥梁耦合振动模型探讨了采用二维模型来模拟桥梁和钢轨振动的可行性.最后,基于二维振动声辐射模型分别预测了钢轨和桥梁的远场噪声衰减值,并与2.5维声学模型的计算结果进行了对比验证.研究表明,在振动频率100 Hz以上,钢轨和桥梁的振动沿线路方向分布较为均匀时,基于二维模型预测高架线路噪声衰减规律的简化方法具有一定的精度,该方法可用于预测远场A声级噪声.     

高速铁路减振双块式无砟轨道的减振性能

为研究高速铁路减振双块式无砟轨道的减振性能,建立减振双块式无砟轨道计算模型,采用有限元功率流法计算轨道结构的功率流,并分析功率流在轨道结构中的竖向传递特性以及扣件和减振垫参数对结构功率流的影响。研究结果表明:轨道结构功率流峰值与轨道结构的模态振型有关,在轨道结构固有频率处达到峰值;当频率为200~1 200 Hz时,扣件最大程度地减少钢轨传递给道床板的功率流,从而达到最佳的减振效果;当频率为1~10 Hz时,减振垫的减振作用相对较弱;当频率为1~200 Hz时,降低减振垫刚度有利于减小振动;当频率为200~1 200 Hz时,减振垫对支承层的减振作用显著,在1 200 Hz处功率流最大减幅为14%;当频率为3~2 000 Hz时,设置减振垫后道床板的功率流反而有所增加,当频率为60~100 Hz时,增幅最大;随着减振垫刚度增加,减振垫开始起减振作用的频率增加。     

无砟轨道钢轨温度力的有限元分析及实验研究

为了准确掌握无砟轨道钢轨温度力变化规律并对其进行实时监测,首先建立了无砟轨道三维有限元模型,仿真分析了不同温度条件下的钢轨纵向温度力;然后利用应变法测量了无砟轨道钢轨的纵向温度力,验证仿真结果的准确性;并在此模型基础上,计算分析了20℃温度变化量条件下一跨钢轨内部应力分布情况。结果表明,不同温度条件下钢轨纵向温度力的仿真结果与实验结果吻合良好,此仿真模型能较好反映钢轨随温度变化的纵向温度力情况。仿真结果显示,轨腰纵向温度力与温度变化成线性正相关,轨底的纵向温度应力除了受到温度变化影响外,还受到扣件作用,扣件附近轨底的受力峰值高于轨头和轨腰,此处将是钢轨温度力重点监测及检查部位。     

轨道交通混凝土U梁减振降噪措施数值分析

为了研究减振降噪措施对轨道交通U梁的振动噪声影响,利用车辆-轨道-桥梁耦合振动模型和声学有限元/无限元方法,分析了采用3种降噪措施(设置声屏障、采用高弹性扣件和铺设梯形轨枕)后轨道交通U梁、轨枕和钢轨的噪声.研究结果表明,声屏障能有效降低离U梁轨道中心线5 m以外场点的钢轨噪声,但是对桥梁结构噪声影响很小;低刚度扣件能有效降低桥梁的振动和结构噪声,而钢轨振动和辐射噪声则略微增加;梯形轨枕能显著降低传入桥梁的振动能量,进而大幅度降低桥梁结构噪声,但是梯形轨枕自身的振动较大,可能会成为主要的噪声源之一,梯形轨枕对钢轨辐射噪声则影响很小.在进行减振降噪分析时,需根据噪声源的贡献大小选择合理的降噪措施.     

跨座式单轨车轨耦合系统振动信号采集频率分析

针对跨座式单轨车轨耦合系统振动信号采集时,振动信号采集频率会对车轨耦合动力响应数据处理结果产生影响,利用有限元分析软件建立跨座式单轨车轨耦合系统模型,探究不同车速下车辆与轨道梁振动响应随振动信号采集频率变化的趋势,进而得出适宜于车辆与轨道梁振动信号采集频率范围。研究结果表明：若振动信号采集频率过低,会导致车轨耦合振动响应结果失真,采集频率过高,对结果的精度提高效果并不明显;车辆振动信号采集频率宜不低于200 Hz;轨道梁垂向、横向振动加速度信号采集频率最低值分别为600 Hz和1500 Hz,且车速越高,振动信号采集频率对轨道梁振动加速度结果准确性影响越大。     

传统古筝的振动声学特性仿真分析

基于振动声学原理提出了传统古筝的简化分析模型;建立了古筝结构的三维有限元模型,以琴弦及琴码对面板的作用力作为振动条件进行了振动频响分析,并以振动频响仿真结果作为声学边界条件建立了古筝的声学有限元模型以仿真其声学特性.结果表明,古筝结构振动的有限元仿真结果与其实验结果基本一致,所得古筝辐射声压频响曲线的主要峰值频率与结构有限元计算的结果基本一致.其中,声压频响在350~550Hz以内比350Hz之前的声辐射效率更高;古筝向上的振动声辐射量高于向下的.     

磁流变阻尼半主动隔振的钢弹簧浮置板轨道动力响应分析

为了提高钢弹簧浮置板轨道的低频减振效率,借鉴磁流变阻尼半主动控制技术,建立车辆-磁流变阻尼半主动隔振钢弹簧浮置板轨道的垂向耦合动力学模型与磁流变阻尼地棚半主动开-关(on-off)控制的数值模拟方法,并仿真分析磁流变阻尼半主动隔振浮置板轨道的非线性动力响应特征。研究结果表明:磁流变阻尼力能够提高浮置板轨道垂向变形的安全余量,但是过大的磁流变阻尼力易引起钢轨出现上拱现象;磁流变阻尼半主动隔振能够重新调整浮置板轨道下部振动能量的频域分布,既能有效分担浮置板轨道下部1~16 Hz的低频振动能量,也能将人体敏感频率(4~8 Hz)的能量转变为极低频的能量(低于1 Hz)向外传播;应用磁流变阻尼后,增大了浮置板轨道支承刚度的下调余量,可进一步提高浮置板轨道的隔振效率。     

轮胎振动辐射声场有限元法与边界元法研究

为了探索轮胎振动辐射声场特征,基于实测得到的轮胎几何参数和材料参数,建立了P215/70R14型轮胎的有限元模型.将模态分析结果导入边界元软件,求解了轮胎在径向力激励下的辐射效率、辐射声功率、表面方均根振动速度、激励点法向声强及轮胎声场指向性.结果表明,在yOz平面(x轴为轮胎的对称轴)频率为61 Hz处,轮胎声辐射接近偶极子的辐射声场.在频率为451 Hz处,轮胎声辐射接近四极子的辐射声场.当频率高于451 Hz并继续升高时,声场指向性趋于复杂.该结果为进一步探讨轮胎在真实激励条件下辐射噪声的计算奠定了基础.     

时速80 km/h地铁地下线梯形轨枕轨道现场测试分析

为评价时速80 km/h地铁作用下梯形轨枕的工作性能,对北京地铁某线梯形轨枕道床进行现场动位移和加速度测试,从时域、频域和Z振级角度对加速度指标进行分析,从时域角度对动位移数据进行分析,评价梯形轨枕轨道工作性能。结果表明:地铁列车作用下普通道床钢轨、道床和隧道壁振动有效值为14.1、0.48、0.069 m/s~2,梯形轨枕断面对应测点振动有效值为18.1、0.62、0.016 m/s~2,隧道壁处振动加速度在1～1 000 Hz内均有一定减振效果,最大Z振级差值为11.9 dB,梯形轨枕道床钢轨垂向、钢轨横向、梯轨垂向、梯轨横向最大动位移分别为0.34、0.13、1.21、0.081 mm。     

圆柱壳水中平面振动和声辐射的导纳法研究

目的探索水下结构振动声辐射问题的导纳法求解。方法从无限长圆柱壳的振动方程出发,利用流体和圆柱壳分界面上振速连续边界条件,推导出了圆柱壳在母线方向均匀分布的径向线力激励下,平面振动声辐射效率以及辐射声场的模态导纳表达式。数值求解了辐射效率和模态导纳随频率的变化关系以及辐射声场指向性。结果①在n<5情况下圆柱壳平面振动模态辐射导纳的实部随频率变化明显;当n从5变到50过程中,模态辐射导纳的实部随频率变化出现振荡现象。圆柱壳平面振动模态辐射导纳的虚部为负,且绝对值随n增大而增大。②圆柱壳在φ=0处受沿母线方向均匀分布的简谐(f=10~1 010Hz)线力激励时,水中辐射声场的指向性(r=10a)介于“∞”型和“∞”和“8”叠加的形状之间。结论导纳方法对于求解水下规则结构声辐射问题是可行的。     

高架钢弹簧浮置板轨道减振特性分析

分别采用有限元和现场试验方法从时频域角度对高架钢弹簧浮置板轨道结构的减振特性进行了分析.研究结果表明,减振器刚度和间距的改变对浮置板前10阶振动频率分布影响较大,减振器刚度和间距的变化是通过改变浮置板单位长度刚度来达到控制减振效果的目的,浮置板顶升后高架箱梁结构顶板、翼缘、腹板和底板的振动水平在25～100 Hz范围内分别减小11～22 dB,12～20 dB,20～30 dB和12～21dB,减振效果随减振器刚度的增大而减小,随减振器间距的增大而增大,箱梁结构的位移受减振器刚度和间距变化的影响较小;浮置板轨道在63～2 000 Hz范围对轮轨噪声具有一定的降噪效果.     

客运专线有砟道岔轨道动刚度特性分析

在分析客运专线有砟道岔轨道刚度组成的基础上,建立了有砟道岔轨道动刚度的计算方法,分析了我国时速250 km客运专线有砟道岔轨道动刚度特性.结果表明:心轨的动静刚度比最大,基本轨、尖轨和导轨次之,翼轨最小;在小于100 Hz的频段上,各钢轨的动刚度随着激振频率增加而减小;在0～250 Hz的频段上,各钢轨会出现3个共振峰.     

轨道结构上轮对相互影响系数的解析求法

为了建立更合理的频域车轨耦合模型,提出一种求解移动荷载状态激振下轨道结构上轮对相互影响系数的解析方法。该解析方法视离散支撑轨道结构为周期性的结构,首先在与列车轮载同速的移动坐标系下对Dirac荷载作用下钢轨的振动控制方程进行系列积分变换,并将影响系数化简为含有钢轨垫片中频域力的表达式,而后以传递矩阵方法求得该频域力,进而最终求得轮对的相互影响系数。研究结果表明:该方法计算准确度高,计算速度快,能很好地应用于频域车轨耦合模型中;列车在高速时采用定点荷载状态激振会产生较大误差,此时宜使用移动荷载状态激振。     

加环筋轴对称壳体振动声辐射特性

为了研究加环筋轴对称壳的声振特性,建立了轴对称壳水中声辐射计算的FEM/BEM(有限元法/边界元法)三维模型,探索了加筋的高度、宽度、数目对轴对称壳的表面平均振速、辐射功率、辐射效率、激励点法向声强以及声场指向性的影响规律。计算方法是在有限元软件ANSYS中建模和模态分析基础上,将有关数据(网格、模态)导入边界元软件SYSNOISE中计算流体-结构耦合状态下的辐射声场特性。结果表明:随着环筋高度、宽度和数目的增大,激励点法向声强、表面平均振速、辐射效率和辐射声功率随频率变化曲线的峰彼此错开;环筋高度、宽度和数目增大时,激励点法向声强以及辐射声功率都有增加,而表面平均振速减小,因而导致声辐射效率的增加;在频率0~700 Hz内,低频时环筋高度、宽度和数目的变化对声场指向性影响规律类似;高频(601 Hz)环筋增多时对称壳尾部声辐射相对增强,而加筋处的中部声辐射相对减弱。     

基于离散元法的钢轨力学性能定性分析

为了更好地了解钢轨的本质特征,分析钢轨在列车荷载作用下的响应以及裂纹的萌生与变化规律,采用离散元法构建钢轨静力学分析模型并研究其静力学特性。通过抗拉强度试验仿真,验证离散元力学参数的可行性;在此基础上,对横纵断面钢轨的最不利状态进行静力加载分析,并进一步探究车轮垂向位移对钢轨裂纹演变规律的影响。研究结果表明：静力加载时,轮轨接触力主要由作用点附近的钢轨颗粒承担,距离作用点较远的钢轨内部颗粒承担的荷载较小;随车轮向下移动,初始阶段钢轨轨头出现小量倾斜,接触面增大而接触应力减小;随车轮位移增加,钢轨轨头和轨腰逐渐出现裂纹,并且裂纹不断扩展;在纵断面钢轨接头处,随车轮垂向位移增加,钢轨承担的荷载由轨头转向轨腰,轨底所承担的轮轨接触力较小;当车轮通过钢轨接头时,由于其对轨缝两侧钢轨分配的荷载不均匀,接头容易产生病害。     

轨道参数对曲线钢轨磨损的影响

本文通过理论计算和现场试验,论述了曲线轨距,外轨超高,轨底坡及曲线圆顺度等轨道参数对曲线钢轨磨损的影响.提出了减少曲线轨距、增大曲线钢轨轨底坡等技术措施,以减缓曲线钢轨的严重磨损.