地铁隧道内不同轨道结构振动测试与分析

通过对地铁隧道内普通整体道床、Ⅲ型轨道减振器、弹性短轨枕、梯形轨枕、钢弹簧浮置板道床的现场振动测试,进行时、频域对比,了解各种减振措施在不同频率范围内的减振效果差异。结果表明,轨道减振器、梯形轨枕、弹性短轨枕及钢弹簧浮置板可分别降低隧道壁VLZmax分别为4 dB,7.6 dB,7.8 dB,19.0 dB;无论何种轨道减振措施,高频减振效果高于低频减振效果, Z计权的振动加速度级明显小于不计权的振动加速度级减振效果;梯形轨枕、弹性短轨枕、轨道减振器对50 Hz以上振动减振效果明显,钢弹簧浮置板道床对12.5 Hz以上振动减振效果明显,对控制列车运行产生的二次噪声更有效。     

不同激励作用下钢弹簧浮置板轨道减振效果研究

为了研究不同激励作用下钢弹簧浮置板轨道的减振效果,该文建立了二维车辆-轨道耦合动力有限元模型,考虑了普通整体道床和钢弹簧浮置板轨道两种轨道型式,对比和分析了在冲击荷载、移动常力和移动列车荷载作用下,两种轨道结构的振动响应,并通过插入损失评价不同荷载作用下钢弹簧浮置板轨道的减振效果。结果表明:(1)与移动常力作用相比,冲击荷载会高估钢弹簧浮置板轨道的减振效果。(2)与移动单节车辆作用相比,冲击荷载在钢弹簧浮置板轨道自振频率以下频段会低估其减振效果,在125 Hz~400 Hz频段内会高估减振效果。     

基于SD振子理论的浮置板几何非线性隔振器研究

基于SD(smooth and discontinuous)振子几何非线性理论,根据城市轨道交通实际载荷条件和隔振需求,对钢弹簧浮置板隔振器的非线性刚度曲线及其浮置板轨道系统的动态性能进行优化设计,研发了一种浮置板用几何非线性隔振器,其同时具有良好的低频隔振性能和振动位移控制能力。对非线性隔振器进行了理论分析、结构参数设计、仿真分析及试验验证,研究表明:非线性隔振器对浮置板的振动位移具有较好的控制能力和低频隔振效果,单隔振器试验表明,相对传统的钢弹簧隔振器,非线性隔振器后浮置板的振动位移可以降低40%以上;隔振器支反力在4 Hz, 6 Hz, 8 Hz, 11 Hz, 15 Hz和20 Hz分别有3.25%,15.47%,18.77%,25.18%,31.27%和37.60%的振动衰减量。     

非线性浮置板轨道减振系统的工程化设计研究

针对传统浮置板轨道低频隔振性能差和轨道系统振动响应大的问题，在对浮置板隔振器载荷特征分析的基础上，提出了系统设计优化目标，基于非线性阻尼隔振技术和动力吸振技术，通过理论分析、数值仿真、实尺轨道试验与在线测试相结合的方法，研发了非线性浮置板轨道系统及其部件，并完成了工程落地。研究表明：非线性阻尼、动力吸振器和非线性浮置板系统对浮置板一阶固有频率附近的隔振器支反力、浮置板振动加速度和隧道壁分频振级有较好的振动控制作用，其中非线性浮置板系统(非线性阻尼隔振器与动力吸振器的组合)的减振效果最明显(低频减振效果明显),非线性浮置板轨道系统可以较好抑制动力吸振器在偏离设计频率时出现的振动放大问题；动力吸振器的振动加速度大于浮置板振动加速度，而两者位移基本相当，表明动力吸振器可以较好的吸收浮置板轨道的振动，而不会产生较大的相对位移，保证列车的行车安全性。     

动力吸振器在浮置板轨道低频振动控制中的应用

研究了动力吸振器对轮轨动力作用下浮置板轨道低频振动的控制特性。首先基于动力吸振器定点理论以及多自由度系统等价质量识别法,并通过对浮置板轨道进行模态分析,确定了浮置板附加动力吸振器的最优刚度、最优阻尼和最优附加位置;然后对浮置板轨道进行简谐响应分析,探讨了控制浮置板各阶模态振动的动力吸振器在不同质量比下的吸振特性;最后基于车辆-轨道耦合动力学模型,研究了列车动荷载作用下动力吸振器对浮置板轨道低频振动的控制特性。结果表明:动力吸振器能够有效地吸收浮置板轨道的固有频率附近的低频振动能量;动力吸振器的质量比越大,其吸振效果越明显;合理的吸振器设置能够有效地控制列车动荷载下浮置板低频振动及对应频段钢弹簧支反力向下部基础的传递。     

声子晶体型浮置板轨道低频减振性能研究EI北大核心CSCD

地铁列车运行诱发的低频环境振动会对人体、精密仪器和建筑物产生不利影响,引起了人们的普遍重视。基于声子晶体理论,在钢弹簧浮置板轨道(steel-spring floating slab track,steel-spring FST)结构基础上,提出了一种声子晶体型浮置板轨道结构,通过引入弹性波带隙提升其低频减振性能。建立了周期半轨道模型,采用谱元法对其进行求解,揭示了声子晶体型浮置板轨道的能带结构与带隙特性;建立了有限半轨道模型,采用谱元法计算分析了不同轨道部件的位移导纳幅值、传递率与基础插入损失。结果表明,板下基础、浮置板和钢轨位移导纳幅值在低频带隙范围内的峰值显著降低,相比于钢弹簧浮置板轨道,声子晶体型浮置板轨道不仅低频减振性能得以提升,其轨道结构振动响应也有所减弱。     

钢弹簧浮置板中低频振动特性分析

为了探究高架线路上钢弹簧浮置板减振轨道在外激励作用下的振动特性,建立钢弹簧浮置板减振轨道-箱梁桥三维有限元模型,以美国六级谱激励下的轮轨力作为输入,对钢弹簧浮置板减振轨道的振动特性进行系统的研究;在此基础上,分析不同刚度的钢弹簧对整体轨道结构振动的影响。研究结果表明:浮置板结构的振动特性以纵向上的弯曲振动为主,同时存在不均匀分布的局部振动特性,因此只有利用三维有限元模型才能很好地研究浮置板结构的整体和局部振动特性。整体轨道结构在中低频段的振动明显,其中钢轨的主振频率集中在200 Hz～250 Hz以及425 Hz～475 Hz;浮置板在150 Hz以下的低频段振动密集,主振频段与钢轨一致,但在425 Hz～475 Hz的振动幅值与低频段相近;浮置板在主振频段的弯曲振动不是规则的同幅值正弦形式,其幅值呈逐渐递增或递减分布。钢弹簧刚度对钢轨50 Hz以下的振动频率分布有一定的影响;主要影响浮置板结构的整体振动形式,在频率较低时对振动幅值及局部振动形式也有较大的影响。     

钢弹簧浮置板中低频振动特性分析

为了探究高架线路上钢弹簧浮置板减振轨道在外激励作用下的振动特性,建立了钢弹簧浮置板减振轨道-箱梁桥三维有限元模型,以美国六级谱激励下的轮轨力作为输入,对钢弹簧浮置板减振轨道的振动特性进行了系统的研究;在此基础上,分析了不同刚度的钢弹簧对在整体轨道结构振动的影响。研究结果表明：浮置板结构的振动特性以纵向上的弯曲振动为主,同时存在不均匀分布的局部振动特性,因此利用三维有限元模型才能很好的研究浮置板结构的整体和局部振动特性。整体轨道结构在中低频段的振动明显,其中钢轨的主振频率集中在200-250Hz以及425-475Hz;浮置板在150Hz以下的低频段振动密集,主振频段与钢轨一致,但在425-475Hz的振动幅值与低频段相近;浮置板在主振频段的弯曲振动不是规则的同幅值正弦形式,其幅值呈逐渐递增或递减分布。钢弹簧刚度对钢轨50Hz以下的振动频率分布有一定的影响;主要影响浮置板结构的整体振动形式,在频率较低时对振动幅值及局部振动形式也有较大的影响。     

地铁浮置板轨道系统导纳特性与钢轨波磨关系研究

为了探明钢弹簧浮置板轨道区段波磨发生机理及与轮轨系统参数影响规律。首先基于现场测试的钢轨波磨特征,分析波磨典型波长及其通过频率;其次建立轮对和钢弹簧浮置板轨道三维有限元模型,分析轮轨共振模态与浮置板轨道钢轨导纳特性,探讨钢轨扣件刚度、浮置板隔振器刚度与轮对振动模态对钢弹簧浮置板区段钢轨波磨的影响规律。结果表明：（1）钢轨扣件刚度对波磨发生和发展有重要的影响。钢轨扣件刚度越低,将激发钢轨较大的振动,在特定频段上过大的钢轨振动会导致对应波长的波磨加剧,进而加速波磨的发展。（2）从轮轨系统模态分析,358 Hz的钢轨横向弯曲变形频率与测试线路产生特征波长为31.7 mm波磨引起的轮轨振动频率较为接近;可通过采取减振措施来抑制轮轨系统在358 Hz处的横向振动响应,会相应地减缓钢轨磨耗。     

成都地铁钢弹簧浮置板道床减振性能分析

为评价成都地铁钢弹簧浮置道床的实际减振效果,选取线路条件基本相同的断面,分别对圆形盾构隧道直线段和曲线段的钢弹簧浮置板道床以及对应的普通整体式道床进行现场测试。在时域和频域内分析了钢弹簧浮置板道床减振段隧道壁垂向振动特性与实际减振效果。结果表明：（1）在圆形隧道直线段和曲线段中运用钢弹簧浮置板轨道均可对隧道壁振动起到很好的减振作用,隧道壁减振效果分别为22.16dB和19.15dB;（2）直线段和曲线段钢弹簧浮置板轨道的显著减振频率范围分布为25Hz~200Hz和40Hz~200Hz,但均在6.3~16Hz表现出振动放大现象。     

移动谐振荷载作用下浮置板轨道的动力响应

在移动谐振荷载作用下,依据周期结构响应的性质,将无限长浮置板轨道响应的问题求解转化到在一块浮置板长度范围内进行,并通过浮置板的位移影响矩阵在频域内实现了钢轨和不连续浮置板的耦合,求得了该范围内钢轨的动力响应,进而以此为基础求得了轨道结构上任意一点的动力响应。结果表明:移动谐振荷载作用下,在移动荷载自身激振频率附近,浮置板轨道位移响应频谱达到峰值;随着移动谐振荷载速度的增大,在频谱上,荷载自身激振频率附近很窄的频段位移响应会有所下降,而在其他大部分频段位移响应会有显著增加;当谐振荷载激振频率与浮置板轨道的固有频率一致时,发生共振现象,在频谱上位移响应的峰值远远大于其他激振频率时响应的峰值;浮置板轨道在移动荷载作用下,存在由荷载周期通过不连续浮置板和扣件而引发的参数激励;当移动谐振荷载激振频率接近有限长浮置板形成驻波的频率时,轨道结构也会产生较大的位移响应。     

浮置板轨道参数激励振动研究

浮置板轨道结构中,浮置板布置的周期性和不连续性导致轨道刚度的周期性变化。车辆行驶在浮置板轨道上时,轨道刚度的周期性变化会引起参数激励振动。为了研究该问题,将钢轨和浮置板视为模态梁,钢轨扣件和隔振器视为线性弹簧-阻尼器;车辆采用相邻车厢距离最近的两台转向架模型,建立了车辆-浮置板轨道耦合动力学模型。应用该模型分析了浮置板轨道参数激励振动的形成机理及影响因素,提出了减小参数激励振动的控制措施。计算结果表明:振动的频率成分主要为车轮通过浮置板的频率及其倍频;轮轨作用力随着车辆速度的提高而增加,随着隔振固有频率的减小而增加;调整浮置板下隔振器的位置和刚度可以降低参数激励振动引起的轮轨作用力。     

高架钢弹簧浮置板轨道减振特性研究及参数优化

为探讨钢弹簧刚度和浮置板密度对高架钢弹簧浮置板轨道减振特性的影响规律,构建车辆-浮置板轨道-桥梁耦合模型,从时频域的角度对其进行分析,为钢弹簧浮置板轨道的设计参数的合理选择与组合优化提供理论依据。研究结果表明:在2 Hz~20 Hz范围内浮置板的振动水平随钢弹簧刚度的减小而增大。在16 Hz~125 Hz频率范围内,轨道中心线、翼缘、腹板、梁底的振动水平随着钢弹簧刚度的减小而减小,最大减幅达到13 dB。钢弹簧刚度的变化对传递函数的影响比较明显,弹簧刚度越小,浮置板到桥梁结构的竖向传递函数值越小。综合考虑,在设计浮置板轨道结构时建议将钢弹簧的刚度控制在6×106N/m~8×106N/m。浮置板密度的增大会在一定程度上减小系统的振动水平,实际设计中要合理设置浮置板密度,建议控制在2 800 kg/m3~3 200 kg/m3。     

质量偏心Timoshenko梁的振动波特性研究

在研究船舶、潜艇等工程结构的低频振动时,通常可以将其简化为质量在截面内分布非均匀的梁结构,此质量偏心会引起弯-纵耦合。针对弯-纵耦合的质量偏心Timoshenko梁,推导了其截止频率的解析表达式;探讨了质量偏心对其纵振波、传播弯曲波及衰减弯曲波波数的影响规律;研究了三组波数下纵向/弯曲位移比随频率及质量偏心的变化。分析结果表明,质量偏心会降低梁的截止频率,偏心率越大,降低越明显;弯曲衰减波会在截止频率处转变为弯曲传播波;质量偏心使得非频散的纵向振动波转变为频散波;纵向振动与弯曲振动的耦合在质量偏心率或频率增大时,会进一步加强。     

《钢弹簧浮置板轨道结构在不同频段的隔振效率》

建立了连续的三维钢弹簧浮置板轨道结构的动力传递特性有限元分析模型,针对不同设计参数和激振频率,研究了该轨道结构的动力传递特性和隔振效率。计算结果表明,所采用的方法可详细解剖浮置板相关设计参数对隔振效率的影响。     

地铁钢轨波磨对轨道结构振动及减振特性影响

现场调查某地铁线路上普通短轨枕、先锋扣件和钢弹簧浮置板三种轨道的钢轨波磨特征,并分别进行振动测试,研究钢轨存在波磨时,三种轨道结构的振动特性及减振效果。结果表明:三种轨道结构都是内轨波磨明显,外轨表面不平顺幅值相比内轨都很小,可以忽略不计其影响;波磨主波长频率成分很容易在轨道各零部件(包括隧道壁)振动中激发出来,并且会引起较大幅值的振动;在4 Hz~200 Hz频率范围内,波磨激励下的减振型轨道依然具有良好的减振性能,但是与其最初设计用于的减振效果相比,有明显的下降;先锋扣件轨道短波长波磨会削减隧道壁在高频段的减振效果;钢弹簧浮置板轨道的波磨幅值显著,虽然对其隧道壁的减振效果影响不明显,但是会造成钢轨振动增加。     

二维复合结构声子晶体的振动特性与实验研究

声子晶体可以获得低频带隙,抑制特定频率振动的传播。建立二维复合结构声子晶体的有限元模型,分析其传输特性,以得到各组元参数对带隙的起止频率及带宽的影响。分析声子晶体的各种材料参数、结构参数、周期数、排列方式等对带隙的影响。利用铝板、硅胶、钢片材料制作复合结构声子晶体样件,进行传输特性实验,得到的频率响应曲线与有限元仿真结果吻合很好。进而为声子晶体在中低频减振中的具体应用提供依据。     

浮置板轨道横向振动的谐响应分析

建立浮置板轨道横向运动的数值模型，并考虑钢轨的扭转变形，得到钢轨轨头部以及浮置板在谐振作用下的横向位移响应以及钢轨扣件、钢弹簧的支承力。同时在ANSYS中建立浮置板轨道的有限元模型，与数值模型相对比，得到的结果相吻合。对数值模型在不同激励力和不同的支承条件下进行谐响应分析，得到钢轨和浮置板在0-500Hz频段内的横向运动状态。     

阻尼钢弹簧浮置板轨道结构隔振性能分析

阻尼钢弹簧浮置板轨道结构已证实是一种有效的减振降噪轨道结构。为分析其隔振性能,通过建立阻尼钢弹簧浮置板轨道结构动力分析模型,对其进行谐响应分析,模拟列车运行时轮轨间实际冲击,研究其在简谐激励下的动力传递特性,并分别考虑浮置板长度、隔振器刚度和阻尼,以及不同载荷作用位置对浮置板隔振性能的影响。计算和分析对于今后轨道结构的进一步改善具有参考的价值。