高速列车运行产生的轮轨噪声预测

轮轨噪声随着列车运营速度的提高而显著增大,综合应用车辆－轨道耦合动力学、随机振动理论和声辐射理论,预测由轮轨表面粗糙度、接触不连续几何缺陷等激起的高速列车轮轨噪声,建立轮轨噪声预测模型,并开发相应软件WRNOISE（Wheel/rail Noise）。与已有的轮轨噪声预测模型TWINS (Track-Wheel Interaction Noise Software)比较, 预测的噪声主频和变化趋势与TWINS的预测结果一致;与STTIN(Simulation of Train-Track Interaction Noise)模型相比,预测模型考虑车轮辐板和钢轨轨腰横向振动噪声的贡献;与有砟和无砟轨道路基区段噪声实测结果的对比表明,WRNOISE模型计算结果与实测结果仍存在一定差异,但从轮轨噪声辐射主导频率看,变化趋势基本一致。     

轮轨冲击噪声激扰模型研究

讨论轮轨噪声激扰之一:冲击噪声激扰.建立轮轨冲击噪声激扰时域输入模型,为轮轨冲击噪声的预测提供了基础.最后,以车轮扁疤为例,运用作者建立的轮轨噪声预测模型及开发的轮轨噪声预测分析软件STTIN,得到相应的轮轨冲击激扰作用下的轮轨噪声特点.     

车轮扁疤激起的轮轨冲击噪声机理分析

摘　要 为了预测和控制快速和准高速线路上车轮扁疤激起的轮轨冲击噪声,应用车辆－轨道耦合动力学理论和声辐射理论,建立了基于车辆－轨道相互作用的轮轨冲击噪声预测模型,编制轮轨噪声仿真软件TTINSIM计算分析了车轮扁疤激扰下轮轨冲击噪声的特性。结果表明：（1）车轮扁疤是造成轮轨冲击噪声的重要源泉;（2）车轮扁疤引起的冲击噪声主要集中在250Hz以上频段;（3）车轮扁疤引起的轮轨冲击噪声跟扁疤长度、扁疤个数以及列车运行速度有很大的关系;（4）车轮新扁疤比旧扁疤激起的轮轨冲击噪声大2～3dB(A)。     

轨道交通噪声计算方法研究

通过建立轨道交通噪声理论计算模型，研究了轮轨相互作用关系及由轮轨表面不平顺而引起的滚动噪声，给出了车轮、钢轨辐射噪声声压级谱关系式，利用有关文献中给定的实验数据，计算了因轮轨表面粗糙度而引起的城市轨道交通噪声，计算结果表明大约在1700Hz以下频段，主要以钢轨振动噪声为主，而在1700Hz以上频段，车轮振动噪声占主导地位。     

高速列车通过钢轨焊接接头时引起的轮轨冲击噪声的研究

高速铁路采用无缝钢轨铺设,大大地降低了轮轨通过钢轨接头时产生的轮轨冲击噪声。但是由于焊接钢轨时工艺不良和焊接材料与钢轨材料间存在性能差异等原因,车轮滚过这些焊接接头时产生的轮轨噪声远大于其它地方。为了探明钢轨焊接接头对轮轨噪声的影响,综合运用车辆-轨道耦合动力学理论、随机振动理论和声辐射理论建立了轮轨噪声预测模型,计算分析了高速列车通过钢轨焊接接头时的轮轨噪声。研究结果表明：焊缝凸台引起的轮轨冲击噪声主要集中在1250～3000Hz范围内。钢轨凹陷型焊缝引起的轮轨冲击噪声主要集中在400～1250Hz范围内。钢轨焊缝处短波不平顺波长增大,轮轨噪声声级最大值有所减小;短波不平顺波深增大,轮轨噪声声级最大值有所增大。     

高速化列车的轮轨噪声研究

列车速度是影响轮轨噪声大小的主要因素之一，由于轮轨噪声对车速的信赖性，其声级将随着列车不断高速化会愈来愈大，目前已有许多文献对轮机轨噪声进行研究并提出一些措施，然而对于轮轨噪声，由车轮振动产生的辐射噪声是主要的，还是由钢轨辐射是主要的等，还有一些不明的地方，目前提出的降噪措施很多，然而采取何种措施对降低轮轨噪声更有利，更具有“实用性”和“经济性”也不十分清楚，本文通过轮轨噪声的理论分析和实验数据分     

车轮滚过钢轨错牙接头处产生的轮轨冲击噪声机理分析

当列车通过钢轨错牙接头时,会产生强烈的冲击并引起冲击噪声。为了探明铁路线上列车通过钢轨错牙接头处产生的轮轨冲击噪声,建立了基于车轮-轨道相互作用的轮轨冲击噪声预测模型,计算分析了钢轨错牙接头激扰下轮轨冲击力和冲击噪声的特性。结果表明:车轮通过钢轨错牙接头时会产生剧烈的冲击力和冲击噪声;迎轮错牙引起的轮轨冲击力峰值比送轮错牙接头要大210.5 kN,而引起的冲击噪声比送轮错牙接头大10～20 dB(A)。错牙高度越大其引起的轮轨冲击力和轮轨冲击噪声也越大。钢轨错牙高度增加0.5 mm时,轮轨冲击力最大峰值约增大60～90 kN,而轮轨冲击噪声在全频段都会增加1～3 dB(A),钢轨错牙引起的轮轨冲击力与冲击噪声成正比关系。随着车轮运行速度的增加,其激发的轮轨冲击力相应地增加,P1力变化比P2力明显,车轮速度在100 km/h以上钢轨错牙引起的轮轨冲击噪声变化十分显著。     

轨道交通轮轨滚动噪声的预测

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。基于轮轨竖向及横向振动相互作用关系，根据结构声辐射理论，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。     

扣件刚度频变特性对轮轨振动噪声的影响

基于车辆-轨道耦合动力学理论和声学理论,建立了考虑扣件刚度频变特性的轮轨滚动噪声频域分析模型。模型中,通过车轮有限元分析获得其模态特征向量,建立考虑车轮弹性的动力学方程;钢轨视为由刚度随频率变化的扣件离散支承的铁摩辛柯梁模型;通过等效线性化轮轨接触形成轮轨耦合动力学频域分析模型;将轨道粗糙度作为输入并考虑接触区滤波,计算得到了车轮和钢轨的振动响应频谱及声辐射功率频谱,并分析了扣件刚度频变特性对轮轨垂向振动以及轮轨滚动噪声的影响。结果表明,扣件刚度的频变特性对钢轨导纳特性、轮轨相互作用力频谱、钢轨总声功率影响明显,而对车轮总声功率影响较小;与扣件常刚度模型计算结果相比,钢轨振动沿纵向传播的衰减率增大,钢轨声辐射功率在100~1 250 Hz频段明显减小,轮轨总辐射声功率约减小2.4 dBA,轮轨噪声辐射声压预测值与试验结果对比表明,频变刚度模型可有效修正常刚度系数模型对轮轨噪声的过高估计。     

高速机车车辆低噪声车轮的探讨

随着我国铁路的不断高速化，其辐射的噪声级也将越来越大，减少铁路沿线的噪声污染是铁路高速化的一个重要课题。研究表明，时速〈５００ｋｍ／ｈ的列车的主要噪声源是轮轨噪声，在车轮－钢轨系统中，车轮振动辐射的噪声又是主要的噪声源。本文从理论上分析了降低车轮辐射噪声的方法，并介绍阵外的几种低噪声车轮及降噪效果，论述我国设计研制低声车轮的必要性。     

车轮参数对轮轨噪声的影响

铁路列车的运行噪声给沿线居住环境带来了严重影响,在已建立的轮轨滚动噪声预测模型的基础上,车轮参数的变化对轮轨噪声的控制进行分析,分析表明,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。     

不同阻尼形式对车轮振动声辐射特性的影响

轮轨噪声是列车主要噪声源之一,而车轮振动声辐射是轮轨噪声的重要组成部分。施加阻尼措施能够有效地降低车轮的振动及声辐射。根据轮轨滚动噪声理论,采用有限元-边界元方法,建立标准车轮以及对应阻尼车轮有限元、边界元模型,以等效轮轨粗糙度作用力为激励,研究施加喷涂阻尼和约束阻尼后车轮振动声辐射特性,调查了不同厚度（1 mm ～5 mm）阻尼对车轮减振降噪效果的影响。数值计算结果表明：在轮轨等效粗糙度名义滚动圆接触点径向激励下,采用喷涂式阻尼处理,当材料厚度为2 mm时,降噪效果达到最佳,与标准车轮相比降低2 dB(A)。采用层状约束型阻尼处理,约束层固定为1 mm时,当阻尼层为2 mm,降噪效果最好,与标准车轮相比降低3 dB(A)。     

轨道交通轮轨噪声机理分析

近年来，随着我国铁路列车提速、快速客运专线的建设、高速铁路以及城市轨道交通的发展，轮轨噪声在国内开始受到关注。根据车辆一轨道耦合动力学理论及声辐射与传播理论，分析了列车运行过程中产生轮轨噪声的机理。在此基础上，分析了轮轨噪声辐射的基本规律。     

基于声传递向量方法的车轮扁疤冲击噪声分析

建立一种基于声传递向量分析车轮扁疤冲击作用下轮轨噪声时频特性的模型。首先建立详细的车轮有限元模型进行模态分析,提取模态质量,模态振型等参数。结合车轮模态特征,并将钢轨视为Timoshenko梁,基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立可以考虑车轮弹性变形和轮轨接触非线性的时域车轨耦合振动模型。通过轮轨动力学计算得到车轮扁疤冲击下的车轮和钢轨时域振动速度,并由快速傅里叶变换(FFT)获得轮轨接触点处轮轨振动速度的频谱;同时,采用边界元声传递向量(ATV)方法计算得到单位力作用下车轮与钢轨噪声辐射频谱。结合车轮扁疤引起的轮轨振动速度频谱、单位力作用下的速度导纳和噪声辐射频谱计算得到受声点处的声压谱,并通过快速傅里叶逆变换(IFFT)获得其声压时程。结果表明本文模型可以很好地模拟轮轨冲击振动和噪声的时域与频域特性。     

地铁轮轨耦合不平顺激励对轨道振动影响分析

轮轨动态输入激励直接影响车辆-轨道耦合模型的计算结果。目前在地铁列车环境振动振源研究中,大多只考虑了轨道不平顺的激励而忽略了车轮不圆顺的影响。为了构建地铁轮轨耦合不平顺激励、综合分析轨道不平顺以及车轮、钢轨的磨耗状态对轨道动力响应的影响,对一列地铁列车进行了车轮不圆顺的现场测试,同时对一段区间隧道内的轨道不平顺和钢轨粗糙度均进行了测试。基于车辆-轨道耦合频域解析模型计算了轨道动力响应,比较了不同轮轨激励模式对计算结果的影响。同时,在同一区间隧道内实测了钢轨振动响应,用以验证不同激励模式计算结果的准确性。结果表明:美国谱和Sato谱会低估车轮不圆顺典型波长控制频段的振动响应,从而难以准确获得8 Hz~200 Hz频段的振动响应;按能量叠加方法获得的轮轨耦合不平顺谱可反映完备的轮轨激励信息,以此作为激励,在8 Hz~200 Hz频段,可计算获得与实测值更相近的模拟计算结果。     

基于两种轨道线路建模方法的地铁车轮磨耗预测对比分析

轨道线路对车轮磨耗具有重要影响。建立地铁车轮磨耗预测模型，模型包括车辆动力学模型、基于Hertz理论和FASTSIM算法的轮轨局部接触模型、基于Tγ/A-磨损率函数的磨耗模型、平滑与更新策略以及轨道线路模型。对比分析等效轨道线路法与真实轨道线路法两种轨道线路建模方法在建模复杂度、车轮磨耗预测结果与计算效率方面的差异。利用实测的车轮磨耗对Tγ/A-磨损率函数进行修正，并对磨耗预测模型进行验证。结果表明:与等效轨道线路法相比，真实轨道线路法建模较为复杂，但其可以更好地模拟实际轨道线路；二者磨耗预测结果差异较小，且均与实测结果较为吻合，但前者计算效率约是后者的3.7倍。采用等效轨道线路法建模可以较好地兼顾计算精度与效率。     

基于随机有限元的无砟轨道服役可靠性分析

无砟轨道结构的服役可靠性是影响高速列车的行车安全的关键性因素之一。采用随机有限元和人工智能混迭建模的方法分析轨道不平顺对无砟轨道服役的可靠性影响;通过轮轨动力学随机因素构建无砟轨道服役极限状态方程,利用有限元理论建立CRTS II型板式无砟轨道单元模型和CRH 3车辆单元模型,采用交叉迭代法进行求解;将实测轨道不平顺数据作为输入,轮轨动力学响应作为输出,采用三层BP神经网络模型进行轮轨关系的映射,并与有限元蒙特卡洛联合建模,计算轨道不平顺作用下的无砟轨道服役可靠性及失效概率;利用实测轨道不平顺数据进行轨道谱的拟合与反演,将混迭建模结果与传统计算结果进行比较分析。结果表明:采用混迭模型计算的结果可以有效地表征无砟轨道服役的可靠性,建议采用此方法进行相应的无砟轨道结构服役安全性检算。     

城市轨道交通车内噪声特性及贡献率分析

以某城市轨道交通B型车为研究对象,通过现场实测分析不同速度条件下司机室内和客室内噪声时域变化规律和频谱特性。基于统计能量分析理论建立B型车车内噪声预测模型,通过实测结果对比验证模型的准确性,最后研究车体结构及轮轨噪声源对车内总声压级的贡献率。结果表明：所建立的车内噪声预测模型可以较为准确地预测城市轨道交通车内噪声,且计算效率高。列车速度从75 km/h增大到115 km/h,司机室内噪声增大3.9 dB(A)～5.2 dB(A),客室声压级增大3.6 dB(A)～5.2 dB(A);列车车速每增大10 km/h,司机室内声压级增大约1.36 dB(A),客室内声压级增大约0.9 dB(A)～1.0 dB(A);车内转向架上方测点声压级大于车厢中部噪声,差值为0.3 dB(A)～1.7 dB(A)。车内噪声源主要来自于轮轨噪声和车体底板声辐射,车体侧墙、车门和车窗对车内声压级的贡献整体较小。     

重载机车车轮擦伤下的轮轨动态响应

车轮踏面擦伤会造成剧烈的轮轨冲击作用,加剧车辆和轨道结构部件的疲劳破坏。为揭示实际车轮擦伤状态下的重载机车-轨道耦合振动响应特征,基于车轮擦伤的现场实测数据,拟合出了车轮擦伤模型。采用重载机车-轨道耦合动力学模型,详细考虑了钢轨垫层与扣件弹条相互作用,分别从时域和频域角度仿真计算了机车车轮擦伤引起的轮轨动态响应。研究结果表明:实际车轮擦伤呈不对称的几何形状;车轮擦伤激起的冲击力对轨道部件影响较大;车轮擦伤可能引发钢轨与扣件系统的短暂分离。研究结果可为踏面损伤识别、轨道部件检修提供理论参考。     

列车轮轨噪声控制技术

列车轮轨噪声是由于车轮和轨道相互激励而产生的响应，因此要控制其噪声，应主要从机车车辆走行部和线路两方面采取控制技术措施，本文对此作一阐述。