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原文传递提速及高速列车轮轨噪声的理论计算和分析

论文题名：	提速及高速列车轮轨噪声的理论计算和分析
关键词：	提速;高速列车;轮轨噪声;振动辐射;车轮;辐射噪声;钢轨;阻抗分析;铁路;频段;轮轨相互作用;轮轨系统;轮轨滚动噪声;平均功率谱;表面粗糙度;轴向振动;噪声预测;噪声控制;竖向振动;频率范围
摘要：	随着我国大规模的铁路提速改造工程的实施，以及大力发展高速客运专线，铁路列车的运行噪声给沿线的居住环境带来了严重影响。本文以提速及高速列车噪声控制问题为背景，围绕铁路轮轨噪声的理论计算这一问题开展研究。根据轮轨相互作用的基本关系，研究了轮轨在表面不平顺激励下的轮轨耦合振动，考虑轮轨接触斑滤波特性，推导了车轮径向、轴向振动平均功率谱和钢轨竖向、横向振动平均功率谱的理论解析式。用解析法推导了钢轨竖向、横向阻抗，以及车轮的径向、轴向阻抗。在钢轨竖向阻抗分析中，考虑轨枕的质量，采用双层连续弹性基础梁模型，钢轨分为Euler梁和 Timoshenko 梁两类；在钢轨横向阻抗分析中，把钢轨看作由轨头和轨底组成的两层结构，而轨腰作为联系轨头和轨底的弹簧和阻尼，轨头是一个考虑了剪力和旋转的Timoshinko梁；在车轮阻抗分析中，车轮简化为一个将车轮辐板刚度考虑在内的弹性环状圆环，车轮的车轮踏面视为一弹性圆环，辐板视为联接车轮踏面与轮轴的弹簧元件。在轮轨耦合振动分析的基础上，基于结构声辐射理论，考虑大地反射的影响，推导了铁路轮轨滚动噪声声压级谱的理论表达式。为验证本模型的正确性，在轮轨高频振动响应和轮轨噪声计算两方面和有关文献实测结果进行了对比验证，此外还对我国既有线轮轨噪声进行了理论预测和现场实测，数值计算结果与实验结果具有较好的一致性。利用己开发出的轮轨滚动噪声预测模型，对轮轨系统的轮轨噪声频率、距离、速度特性进行了仿真分析。分析表明，轮轨噪声主要分布在中心频率为 200-4000Hz的一个较宽的频率范围内。在轮轨总噪声中，500-1700Hz频段钢轨振动辐射噪声占主导，而在1700Hz以上和500Hz以下频段，车轮振动辐射噪声占主导地位。在钢轨振动辐射总噪声中，2200Hz以下频段，钢轨竖向振动辐射噪声占主导，而在2200Hz以上频段，钢轨横向振动和竖向振动辐射噪声均是主要噪声源。在车轮振动辐射总噪声中，1800Hz以下频段，车轮轴向振动辐射噪声占主导，而在1800Hz以上频段，车轮径向振动辐射噪声占主导。针对一些比较重要的轮轨系统结构参数，本文从轮轨表面粗糙度的变化、车轮参数的变化和轨道参数的变化三个技术途径来对轮轨噪声的控制进行了定量分析。结果表明：轮轨表面粗糙度对轮轨噪声有着显著的影响，随着粗糙度的增加，在整个频率范围内，铁路轮轨噪声、钢轨振动辐射噪声和车轮振动辐射噪声均有明显增大的趋势；适当减小车轮半径，增加车轮辐板厚度和车轮踏面质量有助于降低轮轨噪声；垫板刚度的增大使钢轨振动辐射噪声减小。关键词：高速铁路，轮轨系统，轮轨相互作用，高频振动，轮轨噪声，噪声预测，噪声控制
作者：	刘林芽
专业：	道路与铁道工程
导师：	练松良;雷晓燕
授予学位：	博士
授予学位单位：	同济大学交通运输工程学院
学位年度：	2006
正文语种：	中文