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原文传递列车车轮振动的模态分析与噪声控制

论文题名：	列车车轮振动的模态分析与噪声控制
关键词：	有限元;声压力;噪声控制;低噪声车轮
摘要：	轮轨噪声的研究关系到城市居民的生活质量，也关系到我国城市化发展的进程。本文从分析列车车轮的振动模态开始，着手研究车轮在由轮轨接触而产生的激励力作用下的振动特性；并寻求能改变其振动特性的有效阻尼措施及吸振措施，以降低它在振动时产生的噪声；同时本课题将进一步研究车轮在振动时其噪声的辐射特性，为更全面地控制和降低噪声打下坚实的基础。最后在上面这些研究结论的基础上，给出了实用的低噪声轮的设计方案并在理论上分析其在减少车轮噪声方面突出的有效性能。对于这方面的课题，国内外都进行了广泛的研究。在研究方法上，欧美的研究人员比较多地采用实验的方法来验证比较各种措施的有效性，他们普遍在实验室的环境来模拟车轮的工作状态，虽然这种方法成果丰硕，但它也存在很多不足之处，因为偏重于实验的方法往往比较盲目，导致研究成本过高，耗费大量的时间和实验空间等，不能从本质和理论的高度加以认识和指导。在我的研究过程中，主要采用了有限元软件ANSYS和边界元理论作为车轮振动理论的研究工具，尽可能地采用了软件模拟及深化理论研究来深刻认识车轮产生滚动噪声的本质。在综合了前人的研究成果并结合自己的实际工作后，本文系统地、全面地给出了包括列车轮轨噪声的产生、辐射以及减少噪声的有效措施等在内的列车车轮滚动噪声理论体系，并在文章的最后综合相关知识后提出了低噪声轮的设计方法和过程。本文用有限元模型来得到固有频率、模态形状和模态质量，然后用模态叠加的方法来计算车轮在轮轨接触处的点响应，从而可以得到车轮的振动频谱，分析和总结这些车轮振动频谱后，在此基础上提出了一些可以减少其噪声的措施，如采用粘弹性阻尼、利用环行阻尼、采用吸振器、改变车轮声辐射特性等，并经过国外同行的实验和现场测试证明了这些措施是有效和可行的。这些措施可以使滚动噪声减少的数值达到相当可观的10-20dB不等。采用粘弹性阻尼的措施是在轮轨接触表面和振动本体轮辐之间施加一个弹性层用以吸收轮轨表面粗糙度谱引入的激励力，使得轮辐所受到的激励力大大降低，从而达到振动减少、噪声下降的效果的；采用环行阻尼是利用其在接触面的摩擦力会产生阻尼效应这一点，该种阻尼效应可有效减少尖啸噪声；采用调谐吸振器是通过改变车轮的某些特定的模态阻尼来影响其相应固有频率处的振动水平，从而可以减少滚动噪声的水平；改变车轮声辐射特性措施不是用以改变车轮本身振动水平的，而是从改变车轮振动辐射效率的角度出发的，通过用边界元计算已经得到了铁路车轮各个振动模态的辐射率，寻找影响车轮噪声辐射效率的因素，从而得到减少车轮辐射效率的方法，以实现减少滚动噪声的目的。
作者：	付勇平
专业：	机械电子工程
导师：	吴天行
授予学位：	硕士
授予学位单位：	上海交通大学
学位年度：	2006
正文语种：	中文