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惯性增强准零刚度系统及其在浮置板轨道减隔振的应用
| 论文题名： | 惯性增强准零刚度系统及其在浮置板轨道减隔振的应用 |
| 关键词： | 城市轨道交通;浮置板轨道;惯性增强准零刚度系统;低频减振性能 |
| 摘要： | 城市轨道交通不断发展为居民出行提供了很大便利，但由此带来的环境振动及噪声问题也亟需解决。钢弹簧浮置板轨道是目前最有效的轨道减振措施，但低频隔振性能有待提高。针对上述问题，本文引入惯性增强准零刚度非线性隔振器，提出了新型浮置板轨道低频减振措施，理论分析及数值模拟研究了惯性增强准零刚度浮置板轨道结构优越的低频减振性能。 论文所开展的主要工作包括： 首先，为考虑惯性增强准零刚度浮置板轨道结构的非线性问题，提出一种新型车-轨耦合系统的时域仿真方法。该方法利用通用有限元软件建立轨道结构模型并提取系统的动力矩阵，在高级计算机语言中实现车-轨系统耦合，实现对非线性刚度、质量和阻尼及接触耦合问题的求解，解决了现有计算技术无法求解惯性增强准零刚度浮置板轨道结构瞬态动力响应的计算难题。该方法可拓展应用到类似复杂工程问题的非线性计算领域。其次，论文设计了两种形式的惯性增强准零刚度浮置板轨道，理论分析给出其简化模型，推导了惯性增强准零刚度浮置板轨道非线性系统的力传递率、动态位移峰值、隔振起始频率三个隔振性能指标的解析解，参数分析研究了惯性增强准零刚度隔振器主要参数对系统隔振性能的影响规律；第三，数值模拟研究了论文所提两种惯性增强准零刚度系统隔振性能，对比分析传统浮置板轨道和本文所提两种惯性增强准零刚度浮置板轨道在移动列车荷载下的动力响应，验证了惯性增强准零刚度浮置板轨道结构优越的低频减振性能。 研究结果表明：本文所提的新型车-轨耦合动力系统瞬态响应仿真方法计算正确且效率较高。本文所提两种惯性增强准零刚度隔振系统（竖向惯性增强和斜向惯性增强）相比于传统线性隔振器，显著拓宽了传统浮置板轨道结构的有效隔振范围。随着频率增加，竖向惯性增强准零刚度浮置板轨道结构的力传递率趋于一个稳定值；而在相同条件下，斜向惯性增强准零刚度轨道结构的力传递率随着频率增加不断减小，隔振性能更为优越。数值模拟结果表明：与传统钢弹簧浮置板轨道相比，惯性增强准零刚度浮置板轨道的固有频率从10.09Hz降低到8.33Hz；浮置板振动加速度在1~30Hz范围内1/3倍频程振级最大减小了13.7dB、11.4dB；相比竖向惯性增强准零刚度浮置板轨道，相同条件下的斜向惯性增强准零刚度浮置板轨道的竖向加速度频谱峰值降低了50.42%，同时高频处的支反力也得到了明显衰减。惯性增强准零刚度系统对车体加速度和轮重减载率影响可以忽略不计。 |
| 作者： | 李倍倍 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 程志宝 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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