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原文传递基于波叠加法的减振轨道声辐射特性研究

论文题名：	基于波叠加法的减振轨道声辐射特性研究
关键词：	城市轨道交通;短波不平顺;钢弹簧浮置板轨道;波叠加法;结构噪声
摘要：	城市轨道交通在解决交通堵塞等问题时起到非常重要的作用，近年来得到快速发展。但在列车运行过程中，随之出现的振动和噪声问题，对医院、博物馆等敏感场地的正常运行和人们的身心健康产生了影响。针对城市轨道交通运行中产生的振动和噪声问题，研究人员提出了扣件减振、轨枕减振和道床减振等减振降噪措施，其中钢弹簧浮置板减振轨道由于其良好的减振降噪性能，得到了广泛的应用。通过对钢弹簧浮置板轨道研究现状进行总结，发现其自身存在有害耦合振动、局部共振以及噪声问题。对此，本文采用在结构噪声控制工程领域使用广泛的波叠加法，在对钢弹簧浮置板轨道振动特性研究的基础上，进一步分析其声辐射特性。波叠加法目前在轨道交通噪声研究中的应用很少，较边界元法相比，有无需解决边界积分存在的奇异性问题、计算过程易于编程等优点。具体内容和结论如下：　　（1）基于车辆—轨道耦合动力学理论，建立地铁车辆—钢弹簧浮置板轨道动力学模型，计算轮轨相互作用力。并对比在动力学模型中分别加入轨道短波不平顺和美国6级谱轨道不平顺时的动力学计算结果，发现轨道结构的振动主频会达到200Hz左右，短波不平顺更适合用于对轨道结构的动力学研究。　　（2）基于声学理论和波叠加法理论，编写数值程序实现波叠加法预测结构噪声的具体计算过程，并以脉动球源的声辐射情况为例，结合有限元法对数值程序的正确性进行验证，结果表明波叠加法计算结果与脉动球源解析解在相同场点处的声压计算结果相吻合。　　（3）建立钢弹簧浮置板轨道有限元模型，加载频域轮轨相互作用力对钢弹簧浮置板轨道进行稳态分析，以辐射体表面稳态振动响应作为声学边界条件，通过波叠加法进行声学计算，并进一步分析影响波叠加法计算精度的因素。研究发现轮轨力在频域下可以分解为一系列简谐力的叠加，而这些简谐力在不同频率下的幅值相差较大。波叠加法等效源面的形状、等效源面所在位置以及等效源的数量会严重影响波叠加法计算精度。　　（4）基于上述理论模型，对钢弹簧浮置板轨道频域下的振动和声辐射特性进行研究，并分析结构参数变化对钢弹簧浮置板轨道声振特性的影响。发现钢弹簧浮置板轨道的自振模态以轨道板的整体弯曲振动为主，同时存在局部振动现象。在外激励作用下钢弹簧浮置板轨道的振动主要集中在0~240Hz频率范围内，0~100Hz范围内为较小的密集振动，143~240Hz范围振动最为剧烈。在28.2~141Hz频率范围内，钢弹簧浮置板轨道的辐射声压较大；在200Hz和400Hz附近，钢弹簧浮置板轨道辐射声压出现峰值。轨道板长度减小时，钢弹簧浮置板轨道整体的振动增大，声辐射能力减小；轨道板板厚减小时，钢弹簧浮置板轨道整体的振动增大，声辐射能力增大。
作者：	杨扬
专业：	车辆工程
导师：	石广田;张小安;苗兴旺
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2022