高速列车车体结构振动和车内声学特性分析

为了研究高速载客列车车体结构振动及车内声学特性，建立高速列车有限元模型，对全车体进行模态分析和轨道谱响应分析，并基于声与结构耦合对车体内腔进行声学模态分析。车体前200阶固有模态频率跨度为0.62～100.27 Hz，前6阶0.62～1.51 Hz为车身整体相对于转向架的低频振动，其余各阶为车身结构的弹性振动。当施加我国200 km/h等级提速线路通用轨道谱激励时，体振动在0～2.00 Hz的低频有较大响应。车体内腔前200阶声学模态频率跨度为0～126.66 Hz，在20～100 Hz之间模态比较密集。     

列车移动荷载作用下饱和地基的地面振动特性分析

基于饱和土的Biot波动方程和边界条件,利用Fourier变换和Galerkin法推导出频域内的u-w格式的2.5维有限元方程。把轨道视为饱和地基上的Euler梁,通过沿轨道方向的波数变换将三维空间问题降为平面应变问题。通过解方程首先获得饱和土体频域-波数域的位移解答,然后通过快速Fourier逆变换求得三维时域-空间域内的位移解答。通过计算实例验证了计算模型。建立轨道-地基模型,对饱和地基上列车运行引起的地面振动进行了分析,详细讨论了动力渗透系数、孔隙率、土骨架密度和剪切波速等参数对地面振动传播与衰减的影响规律分析。研究表明;在垂直轨道方向,随着与轨道中心距离增加,加速度幅值和主频迅速衰减;饱和土体动力渗透系数、孔隙率、剪切波速和土骨架密度对地表位移幅值均有较大的影响     

高速列车车体振动特性分析

高速列车的振动特性直接影响旅客的乘坐舒适性,因而研究和评估高速列车运行中的振动特性具有现实意义。本文采用simpack软件建立车体模型,模拟高速列车线路正常运行情况,分析车体的振动特性。高速列车在线路实际运行情况下,测试车体的振动信号,分析车体实际振动特性。对比仿真分析结果和试验测试结果,评价高速列车的振动特性,为旅客舒适度改善提供依据。     

高速列车顶板振动测试及控制

为了掌握高速列车车体顶部振动特性以及振动从车体向车内装饰顶板的传递规律,达到对列车内装饰顶板区域隔振降噪的目的,对列车高速运行时车体顶部和内装饰顶板的振动进行了线上实车测试。试验对有受电弓的车厢和无受电弓的车厢的车顶部振动进行了测试对比,也对内装饰顶板在车体上的不同安装方式下的隔振效果做了对比分析。分析试验结果发现,在车顶部受电弓区域的振动加速度要远远大于其它部分,而且是一种频带很宽的振动;对于有受电弓的车厢,车顶板做了弹性安装处理有很好的隔振效果,大大降低了高频振动从车体向车顶板的传递,但是低频振动隔振处理的效果不明显;对于无受电弓车,振源主要是轮轨相互作用和气流对车体表面的脉动作用,顶板不必做隔振处理。     

高速列车引起建筑物振动的研究方法概述

高速列车引起建筑物振动的研究是国际学术界十分关心的一个问题。本文介绍了研究地面高速列车引起邻近建筑物振动问题的四种主要方法,即经验预测方法、解析方法、数值分析方法以及试验研究方法,分析了该领域的研究现状及进展,提出了需要进一步研究的若干问题。     

《高速列车引起建筑物振动的研究进展》

高速列车引起建筑物振动的研究是国际学术界十分关心的一个问题。本文介绍了研究地面高速列车引起邻近建筑物振动问题的四种主要方法,即经验预测方法、解析方法、数值分析方法以及试验研究方法,分析了该领域的研究现状及进展,提出了需要进一步研究的若干问题。     

高速列车引起的车站大跨度钢结构的振动分析

大跨度钢结构能为高铁车站带来较大的站内空间,但在长期高速列车振动荷载作用下,较柔的大跨度焊接钢结构的振动疲劳问题却不容忽视。则针对某客运专线“桥建合一”火车站,建立其整体有限元模型,计算分析了大跨度钢结构主拱V撑、网壳、下弦节点、柱角铸钢点以及主拱的动力响应,得到了不同部位最大Mises等效应力。计算分析表明：高速列车振动荷载对大跨度钢结构强度的影响可忽略不计,但长期疲劳问题不容忽视。     

板式轨道在高速列车作用下的动力响应分析

通过理论计算与现场试验研究高速列车与板式轨道的动力相互作用。提出了高速列车—板式轨道系统(简称此系统)空间振动分析方法:列车模型每节车辆考虑26个自由度;针对板式轨道结构特点,建立了32个自由度的板式轨道空间振动轨段单元新模型;基于弹性系统动力学总势能不变值原理及形成系统矩阵的"对号入座"法则,建立了此系统空间振动矩阵方程;采用Wilson-θ法求解。计算了板式轨道在高速列车作用下的位移以及车辆的脱轨系数、轮重减载率、横向轮轨力等动力响应,并与现场试验结果进行了对比。结果表明:理论计算结果与现场试验结果具有较好的一致性,由此说明文中提出的方法正确可靠。最后,还探讨了轨道刚度对此系统空间振动响应的影响规律。     

高速列车对建筑结构的振动影响

针对武广客运专线新广州站,建立列车-桥梁和桥梁-站房这两个力学计算子模型,通过对列车-桥梁动力相互作用进行分析计算,得出行驶列车作用在桥梁上轨道各节点的荷载时程,再将这些荷载作为外部激励,作用在桥梁-站房结构力学计算子模型上进行时程分析,计算讨论候车大厅楼板的振动情况,最后将数值结果与允许振动标准做出比较,得出一些列车经过对楼板振动影响的规律。     

高速列车荷载作用下无砟轨道地基竖向耦合动力响应研究

建立高速列车荷载作用下车辆系统-无砟轨道-地基耦合动力模型,通过Fourier变换求解弹性半空间地基土体的动力控制方程,同时根据轨道底座与半空间的接触条件得到了弹性半空间表面竖向位移在频域内的表达式,再采用快速Fourier 变换求得了时域内的土体位移解。结合算例,分析了列车速度、轨道结构参数等因素对地基动力响应的影响。研究结果表明:板下调整层弹簧刚度系数越大,地基土动力响应越大,地表振动越大;底座弯曲刚度越大,地基土动力响应越小;随着列车速度增加,地基土动力响应增大;距离轨道中心处越远,地基土动力响应越小。     

高速铁路桥梁及场地土交通振动分析

以高速铁路32m单箱单室简支梁为例,建立了考虑土-结构动力相互作用的车-桥-墩-桩-土耦合振动系统整体三维有限元分析模型。车辆采用具有二系悬挂的多自由度车辆模型,场地土采用京沪高速铁路沿线实勘软土地基土层数据,在土体截断处采用粘弹性人工边界模拟半无限域土体,采用基于库伦接触算法的动力三维接触单元模拟轮轨接触。分析了桥墩和桩基等下部结构对车桥耦合振动的影响,以及车桥耦合振动对周围场地土振动的影响。计算结果表明车桥耦合振动受桥墩和桩基影响显著;周围场地的振动振级随着距离的增大而逐渐减小,相对水平振动而言,竖向振动衰减的更加明显;地面振动的高频分量衰减速度大于低频分量的衰减速度,远场地面振动以低频分量为主;地面振动与列车速度不是简单的线性递增关系,与上部结构桥梁的振动有关。     

横风下高速列车流固耦合动力学联合仿真

基于车辆-轨道耦合动力学和空气动力学建立了高速列车流固耦合动力学行为的联合仿真计算方法。通过将车辆-轨道耦合动力学计算程序嵌入流体力学程序中,避免了流体和固体两个求解器之间的数据交换通讯,并且采用耦合迭代步内流固边界条件气动力线性插值的办法,实现了流体和固体两个求解器时间迭代步长的独立选取,提高了计算速度。利用建立的流固耦合计算方法,研究了6级横风环境下列车以350km/h速度运行时的流固耦合动力学行为。比较了离线仿真和联合仿真两种方法下列车气动力与姿态、安全性和舒适性指标的差异。研究表明:列车-气流的流固耦合效应对头车气动力和姿态的影响显著,头车安全性指标有所恶化。     

地下高铁致结构振动全过程分析及隔振支座减隔振性能研究

地下高铁运行引起的振动通过周围地层传播会导致附近地下结构以及地上邻近建筑的二次振动,从而影响周边环境及建筑物的使用性能.以某商业综合建筑为背景,结合相关参数及现场实测数据建立"隧道—土体—建筑底板—上部结构"全过程三维有限元分析模型,计算地下高铁运行时结构振动响应.结合振动控制标准进行评估,并针对竖向隔振支座的减隔振效...     

高速列车“通过噪声”的测试分析

为了评估高速列车运行时对轨道周围环境的噪声污染程度,对高速列车以不同速度工况通过时的车外辐射噪声(称为"通过噪声")进行了测试,得到了以最大A声级和1/3倍频程A声级标志的列车通过噪声的测量数据。分析了通过噪声的频谱特性、及其与列车速度的关系。测试数据表明高速列车通过噪声是宽频噪声,最大A声级在标准规定测试点上的值达到约90 dB,对铁路附近的噪声污染比较大;通过噪声随着列车速度增大而增大,在时速370 km以上增幅变大。     

运行列车引起地面振动的理论模型及振动特性分析

根据车辆动力学、轨道动力学及地基土振动Green函数,建立了列车-轨道-地基土相互作用理论分析模型.该模型不仅考虑了车辆自身的振动,而且考虑了由轴重荷载组成的准静态激励力和单一波长轨道不平顺引起的轮轨问动态激励力.列车模型、轨道模型和地基土模型之间分别通过轮对-钢轨之间的Hertz接触和轨枕-地基土的动力平衡关系进行耦合.根据该模型通过-算例对地面的振动特性进行了分析,并通过移动的单位常力荷载和单位简谐荷载作用下的地面振动分析了车速和地基土特性的影响.计算结果表明,运行列车引起的地面振动特性与荷载移动速度和地基土特性紧密相关,列车移动速度线和地基土频散曲线的相交频率是引起地面振动放大的一种共振频率;运行列车存在临界速度,且临界速度接近地基土模型中的最小表面波波速;轮轨接触表面不平顺引起的动激励力振源对地面振动的高频成分产生较大的影响.     

Analysis of ground motion due to moving surface loads induced by high-speed trains

A three-dimensional time domain boundary element (BE) approach for the analysis of soil vibrations induced by high-speed moving loads is presented in this paper. An attenuation law is included in the formulation. By doing so, internal material damping can be taken into account. The characteristics of the BE model required for the study of travelling load problems are analysed. Thus, mesh size, type of elements, internal damping representation and the complete numerical approach are validated. Existing analytical solutions for some simple problems are used as a reference. Experimental results measured in a simple soil dynamic load problem are also accurately reproduced by the proposed model. The analysis of the type of BE mesh required for a good representation of high-speed train effects is carried out using different discretizations under the sleepers and the free field near the track. All these analyses allow to define a model very well suited for the study of soil vibration effects due to high-speed train passage. Vibrations produced by an Alstom (Thalys-AVE) train travelling at 256 and 300 km/h speed are evaluated at different locations near the track. Results show that the proposed numerical procedure and attenuation law allow for a realistic representation of the effects of the different passing loads. The BE approach presented in this paper can be used for actual analyses of high-speed train-induced vibrations. Layered soils, ballast or coupled vibrations of nearby structure can be included in the model in a straightforward manner.     

饱和地基上列车运行引起的地面振动特性分析

从饱和土Biot波动方程出发,基于二次形函数薄层法,将圆柱坐标系下饱和土的Biot轴对称波动方程在竖向进行离散,沿切向及轴向坐标分别进行Fourier级数分解和Hankel变换,得到饱和地基频域-波数域中的位移基本解,再利用Hankel逆变换和Fourier综合,求得频域柱坐标系下的位移表达。结合移动列车-轨道-地基的振动模型,对饱和地基上列车运行引起的地面振动进行了分析,讨论了动力渗透系数、孔隙率和动力流体粘滞系数等参数对地面振动传播与衰减的影响规律,并与弹性地基的振动衰减进行了比较。结果表明:在不同列车运行速度下,饱和地基和弹性地基的竖向位移振动响应差异较大;饱和土体的动力渗透系数、孔隙率和孔隙流体动力粘滞系数是影响地面振动的主要参数。     

高速列车车厢连接处脉动压力分析与控制

高速列车的表面湍流脉动压力和近场声压会影响车内的噪声。为了了解并降低车厢连接处的湍流脉动压力,制作了一个高速列车1：40缩比的两车编组模型,使用表面传声器和激光粒子测速仪得到车厢连接处的脉动压力和流场分布。通过试验发现,有受电弓时,车厢连接处前后测点的脉动能量分别为速度的5.07次方和5.19次方;无受电弓时,对应的脉动能量分别减少到速度的3.90次方和4.45次方。对于车厢连接处进行优化时,无论是否有受电弓,对车厢连接处进行全封闭处理均能够较好地降低其脉动压力、涡量和湍流强度。无受电弓时,在车厢连接处前端增加扰流球可使其前后方测点的湍流脉动总压力级分别降低0.6 dB（A）和0.8 dB（A）。有受电弓时,在车厢连接处前端增加扰流柱可使其后方测点的总湍流脉动压力级降低0.8 dB（A）。     

成渝高速铁路某路堤段地面三向振动测试分析

为研究高速铁路路堤段地面振动的传播和衰减规律,选择成渝高速铁路某路堤段进行现场地面三向振动测试。在时域和频域内分析地面三向振动的时程特征和频谱特征,以及垂向振动、水平向振动随距离的传播特性。结果表明,在距离线路纵向中心线同一距离处,横向(Y)、纵向(X)振动加速度最大值及有效值均大于垂向(Z),随距离的增加,加速度最大值及有效值均呈衰减趋势;随着距离的增大,三向振动的频率带宽均越来越窄,远场垂向和纵向振动主频均基本集中在33.6 Hz左右,横向优势频率集中在9.6 Hz。计权后的垂向振级高于水平向振级,未计权的水平向振级均大于垂向振级,未计权三向加速度级和计权三向振级随距离的传播近似符合负指数规律。