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原文传递高速铁路钢轨振动与噪声预测研究

论文题名：	高速铁路钢轨振动与噪声预测研究
关键词：	高速铁路;钢轨振动;噪声预测;动力学响应;SIMPACK软件
摘要：	我国高速铁路快速的发展，伴随着高速列车运营速度的提高和载客量的增加，车辆在钢轨上运行引起的钢轨结构振动和噪声辐射问题日益突出，钢轨的振动与噪声已成为人们关注的热点问题。研究钢轨振动和噪声辐射问题，对于预测铁路周边环境振动与噪声传播对沿线居民和结构建筑的影响有着十分重要的现实意义。　　本文在车辆-轨道耦合动力学基础上，通过利用多体动力学软件SIMPACK对双层轨道模型进行细化分层，建立了更加符合轨下基础实际的高速车辆-双层轨道动力学模型，着重分析了轨下弹性垫板在外界环境作用下发生老化和阻尼失效对钢轨以及轨下基础动力学响应的影响。再者，建立了基于统计能量法的高频段钢轨声辐射预测模型，充分考虑了功率与能量间的流动关系，从系统输入和耦合损失角度考虑，系统分析中高频区域的钢轨噪声辐射规律以及钢轨非金属件和开孔钢轨的降噪效果。　　研究结果表明:轨下胶垫在服役过程中的出现老化现象而刚度增大，轮轨相互作用力明显增强，总体呈现轮轨振动加强的趋势;同时较大刚度的橡胶垫板会使得钢轨的相对位移减小，钢轨的垂向加速度也逐渐减小，具有减弱钢轨垂向振动的作用。由此可进一步得出当轨下弹性垫板的刚度值为50MN/m时，既有利于减缓轮轨间的相互作用力，又可以降低钢轨结构振动。因此，及时更换老化的橡胶垫板对减弱轮轨作用力、提高轨道平稳性都有很大的必要性。同时，轨下胶垫阻尼的阻尼失效使得轮轨力增大，轮轨间的作用加剧，钢轨的垂向位移和加速度响应加强。由此可知，对于服役过程中阻尼失效的轨下橡胶垫板，既使得轮轨作用力增强，也不利于钢轨结构振动。因此，尽量采用大阻尼的轨下胶垫有利于减小轮轨相互作用以及降低轨道结构的振动，延长轨道的使用寿命并减小维修工作量。　　研究基于统计能量法钢轨预测模型的关键参数，输入功率和耦合损耗因子的正确定义是预测钢轨噪声的重要前提，输入系统的功率和子系统间的功率差值为13W，在绝大多数的频段内垂向耦合损耗因子较纵向耦合损耗因子大，说明钢轨的能量损失主要在钢轨的垂直方向。钢轨损耗因子以倍数的形式不断增大，钢轨辐射噪声会呈现出下降的趋势;其次分析非金属件对钢轨降噪的效果影响，轨下弹性垫板随外部环境的变化发生老化，老化现象会使得轨下橡胶垫板刚度增加，在160～2000Hz之间，大刚度轨下垫板使得钢轨振动沿钢轨传播的距离减小，钢轨辐射噪声越小，在160Hz以下和2000Hz以上，轨下胶垫的刚度对钢轨噪声辐射影响较小。系统分析粘贴在钢轨轨腰处的橡胶阻尼层结构形式以及薄厚程度对钢轨噪声辐射影响规律，单侧粘贴阻尼片比双侧粘贴阻尼片辐射噪声水平稍显逊色，从绿色发展和节约材料的角度出发，单侧粘贴阻尼片钢轨更有利于降低钢轨噪声。在钢轨的旁侧设置不同厚度和密度新型蜂窝双层阻尼吸声板研究降噪效果，400～4000Hz频段范围内，蜂窝阻尼吸声板夹层密度越小，隔声量越大;蜂窝阻尼吸声板夹层厚度越厚，在1000～5000Hz频域范围内，吸声板的隔声量越小;最后研究在钢轨轨腰位置分别开3孔、4孔和5孔时对钢轨噪声辐射影响，轨腰开孔数目主要影响2500～8000Hz频域内的声辐射效率，开孔数越多越能够有效降低钢轨辐射噪声的水平。
作者：	罗惠峰
专业：	车辆工程
导师：	石广田
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文