温度力对无缝线路钢轨振动及传递特性的影响分析

为研究温度力作用下无缝线路钢轨的振动及传递特性,基于有限元方法,建立钢轨实体模型,分别对钢轨施加垂向和横向0～2 000 Hz简谐荷载,从频域角度分析不同温度力下钢轨的垂向和横向振动及传递特性。研究结果表明,随着钢轨温度的升高,钢轨垂向共振和pinned-pinned共振频率及振幅均有所减小;小于钢轨共振频率(300 Hz)的范围内,钢轨垂向振动衰减最快,钢轨振动频率越高,沿线路方向传递越远;不论温升还是温降都会减缓钢轨垂向共振的衰减;随着钢轨温度的升高,钢轨横向共振频率有所减小,振幅有所增大;与垂向振动传递相比,温度力作用对钢轨横向振动传递影响较小,仅对横向弯曲共振频率(135 Hz)以下频段的振动传递影响较大。     

钢轨吸振器对高架结构垂向振动的影响

建立带有钢轨吸振器的高速铁路高架结构板式轨道与桥梁垂向耦合振动模型,分析钢轨吸振器对轨道和桥梁结构垂向振动的影响。模型已考虑了钢轨吸振器、板式轨道结构及桥梁间的耦合作用。钢轨吸振器被视为两自由度的质量-弹簧系统,钢轨、轨道板和桥梁被视为多层叠合梁模型,彼此用弹簧阻尼元件联接。利用动柔度函数,得到吸振器-板式轨道-桥梁系统垂向振动响应的解析表达式,并以轮轨表面粗糙度谱作为激励求解模型的振动响应。研究结果表明：钢轨吸振器在180 Hz～300 Hz及700 Hz～1 000 Hz频段内对整个高架轨道系统的位移幅值及相位、振动衰减产生较明显的影响;同时,在轮轨表面粗糙度谱的激励下,带有钢轨吸振器的轮轨系统的轮轨力在pinned-pinned频率处明显减小,在前两阶自振主频附近钢轨吸振器对整个高架轨道系统结构振动的影响较明显。     

采用上部锁紧式双层非线性减振扣件钢轨频率响应试验分析

轨道结构的频率响应指系统容易被激发产生显著振动响应的频率特性,根据频率响应函数可以辨识出轨道系统容易被激发的振动频率范围。采用锤击方法比较采用上部锁紧式双层非线性减振扣件(GJ-32扣件)以及Ⅲ型减振器两种轨道结构型式的钢轨的垂向和横向频率响应特性,同时也对比分析这两种轨道型式钢轨的振动频率响应情况,并结合两种轨道型式钢轨波磨现象,分析钢轨的频率响应特性与波磨特装频率的相关性。结果表明:上部锁紧式双层非线性减振扣件相对于Ⅲ型减振器在200 Hz～400 Hz之间对于钢轨的垂向及横向振动有较好抑制作用;采用这两种减振装置的钢轨的垂向"Pinned-Pinned"共振不是导致钢轨波磨的主要原因;采用Ⅲ型减振器的钢轨垂向频率共振点与现场实测的典型波磨频率高度吻合;在容易产生钢轨波磨的主要频率段,GJ-32扣件具有较好的衰减性和阻尼特性。     

梯形轨枕轨道振动特性研究

为了探明梯形轨枕轨道在地铁车辆作用下的振动特性,利用车辆-轨道合动力学理论建立了地铁车辆和梯形轨枕轨道系统振动模型,假设车辆模型为多刚体系统,钢轨模型为无限长两端绞支离散支撑的Euler梁,用有限长两端自由的Euler梁模拟离散弹性支撑的梯形轨枕,利用显式积分法求解车辆-轨道非线性动力学方程,计算分析了梯形轨枕轨道在地铁车辆作用下的振动特性,讨论了轨道系统的振动与列车运行速度之间的相关性。研究结果表明:梯形轨道具有良好的减振性能,可以减小基础的动反力;随着地铁车辆速度的增加,钢轨和轨枕的垂向振动有所增大,而横向振动变化不明显。轮轨力随着车速的升高而增加。     

燕尾型叶根松装叶片系统参数对干摩擦减振效应的影响

采用燕尾型叶根干摩擦模型和叶片简化模型,计算了燕尾型叶根松装叶片系统在不同参数下的振动响应。研究了离心力、摩擦系数、叶根与轮盘接触面接触刚度系数、激振力等参数对叶片系统干摩擦减振效应的影响规律。计算结果表明：在非线性干摩擦力的作用下,叶片系统幅频响应曲线的共振峰值向低频方向偏移,出现了刚度软化现象;在叶片离心力从小到大变化的过程中,系统的共振振幅先减小后增大,存在某个转速下的离心力,系统的共振振幅最小;存在一个最佳摩擦系数值0.3,使系统的共振振幅最小,比最大振幅减小约23%;随着叶根与轮盘接触面间接触刚度系数的增大,叶片系统振幅明显减小,共振频率增大;激振力的大小影响系统共振频率和共振振幅。本研究可为燕尾型叶根松装叶片的设计提供参考。     

轨道参数对轮轨耦合系统固有频率的影响

轮轨系统固有振动特性对车轮失圆和钢轨波磨的形成和发展具有重要影响。建立普通短轨枕整体道床轨道有限元模型和簧下质量-轨道耦合系统有限元模型,分析扣件刚度、地基刚度、簧下质量及轨枕间距对轨道和耦合系统固有频率的影响。结果表明：轨道一阶垂向弯曲频率随扣件刚度的增大而增大,地基刚度对轨道一阶垂向弯曲频率的影响较小;耦合系统一阶垂向弯曲频率（P2共振频率）随扣件刚度的增大而增大,随簧下质量的增大而减小;P2共振频率随地基刚度的增大而增大,当地基刚度大于300 MPa/m,地基刚度的变化对P2共振频率影响较小;轨道一阶垂向弯曲频率和P2共振频率随轨枕间距的增大而减小;轨枕间距随机变化可降低Pinned-Pinned共振响应峰值。通过现场力锤敲击与车辆轨道振动测试结果对模型进行验证,仿真结果与现场测试结果基本一致。     

地铁线路轨道中高频动态特性研究

地铁线路轨道中高频动态特性对轮轨振动噪声和钢轨短波长波磨的产生有重要作用。建立地铁整体道床轨道的三维实体有限元模型,结合现场力锤敲击法测试结果,计算分析地铁轨道的中高频动态特性,分析扣件刚度、轮对载荷对轨道中高频动态特性的影响。研究结果表明:普通扣件(垂向静态刚度约40 k N/mm)-整体轨道结构在150 Hz以下低频模态表现为轨道板和钢轨整体的垂向弯曲振动,在150 Hz~1 500 Hz中高频模态表现为钢轨相对于轨道板的弯曲振动、轨道板单独的弯曲振动和钢轨局部的扭转振动;扣件垂向刚度在10 k N/mm~40 k N/mm范围内变化对频率在750 Hz以下钢轨垂向动态特性有影响,对钢轨750 Hz以上的中高频模态振型影响不明显;轮对模态在1 500 Hz以下主要表现为弯曲和扭转振动,其对轨道的低频模态振型(钢轨和轨道板整体垂向弯曲振动)影响不明显,对轨道部分中高频模态(钢轨的垂向弯曲振动)影响明显。在400 Hz~1 100 Hz频率范围内,考虑轮对影响的轨道垂向模态频率增大,增大范围为10 Hz~56 Hz。     

不同减振扣件的轨道结构横向振动测试与分析

轨道结构的固有特性不因车辆系统及列车运营状态的变化而变化,可通过轨道的振动动态频响测试来辨识系统的传递特性和特征参数。基于国内某地铁正常运行的350 m小半径曲线线路,测试双层非线性减振扣件、III型轨道减振器扣件及DTVI2减振扣件等3种轨道结构线路在正常列车运营条件下钢轨动态振动响应及对应线路钢轨波磨水平,得到频率大于400 Hz时III型轨道减振器扣件及双层非线性扣件的钢轨横向振动大于垂向振动。结合线路钢轨波浪磨耗的特征,在车速65 km/h下中等减振扣件(双层非线性扣件与III型轨道减振器扣件)钢轨波磨多集中在50mm～80 mm短波长,分析得到III型轨道减振器扣件及双层非线性扣件的钢轨横向动态振动频响峰值与其钢轨波浪磨耗激励的200 Hz～400 Hz频率范围基本吻合,初步得到区段钢轨波磨形成和发展的影响因素。同时,采用锤击方法对比3种扣件轨道结构型式下轨道的振动衰减率及阻尼特性,综合结果发现双层非线性减振扣件相对于其他两种扣件轨道结构型式特别在400 Hz～630 Hz频段范围对钢轨的横向振动有较好的抑制作用。     

轨道参数对轮轨耦合系统固有频率的影响

轮轨系统固有振动特性对车轮失圆和钢轨波磨的形成和发展具有重要影响。建立普通短轨枕整体道床轨道有限元模型和簧下质量-轨道耦合系统有限元模型,分析扣件刚度、地基刚度、簧下质量及轨枕间距对轨道和耦合系统固有频率的影响。结果表明:轨道1阶垂向弯曲频率随扣件刚度的增大而增大,地基刚度对轨道1阶垂向弯曲频率的影响较小;耦合系统1阶垂向弯曲频率(P2共振频率)随扣件刚度的增大而增大,随簧下质量的增大而减小;P2共振频率随地基刚度的增大而增大,当地基刚度大于300 MPa/m,地基刚度的变化对P2共振频率影响较小;扣件刚度和地基刚度不变的情况下,轨道1阶垂向弯曲频率和P2共振频率随轨枕间距的增大而减小;轨枕间距随机变化可降低Pinned-Pinned共振响应峰值。通过现场力锤敲击与车辆轨道振动测试结果对模型进行验证,仿真结果与现场测试结果基本一致。     

中低速磁浮轨道结构垂向振动传递特性研究EI北大核心CSCD

为研究中低速磁浮轨道结构的垂向振动传递特性,基于室内试验与振动理论,建立轨道结构频域分析模型,以结构垂向导纳,位移与力的垂向传递率为评价指标分析了结构的垂向振动传递特性。探究了扣件垂向刚度、扣件垂向阻尼、轨枕支承间距、F轨顶面厚度以及轨枕翼缘厚度对于结构垂向振动传递特性的影响。研究表明:中低速磁浮轨道结构的垂向振动可分为低频整体振动与高频局部振动两个阶段,且结构整体振动时力与位移的垂向传递率较高;F轨沿结构纵向上的垂向位移导纳变化并非随着与激励点距离的增大而减小,而是与结构在不同频率下的振型有关;扣件垂向阻尼增大对力与位移的垂向传递均有抑制作用,其中对于力的垂向传递抑制更加明显;扣件垂向刚度、轨枕支承间距、F轨顶面厚度以及轨枕翼缘厚度都会使结构局部刚度发生改变,从而影响力与位移垂向传递的峰值与频率。     

重载铁路引起地面振动的试验与分析

对重载铁路沿线在货物列车通过时引起的地面振动进行现场试验,测试了距离铁路7.5 m、15 m、30 m、60m、90 m处的地面横向和垂向振动速度,分析了振动速度的幅值和频率特性,得到货物列车引起地面振动的振源特性、传播特性以及轴重、列车速度与振动的关系。分析表明:货物列车引起的地面振动在5 Hz~10 Hz的范围内峰值明显;随着距离的增加,高频成分的衰减比低频更快。地面峰值振动速度(PPV)随着距离的增加呈幂函数衰减,在7.5m~15 m距离内振动峰值衰减显著。在7.5 m处横向和垂向峰值振动速度数值接近;在15 m及更远距离处,横向振动速度衰减比垂向振动速度快。地面横向、垂向峰值振动速度(PPV)随行车速度、列车轴重提高呈增大趋势。     

弹性轨枕轨道振动特性研究

弹性轨枕轨道是目前城市轨道交通运用较为广泛的轨道类型,钢轨是弹性轨枕轨道主要的振动和声辐射结构,通过研究钢轨的振动特性能够为控制振动和辐射噪声提供相关数据指导。在频域角度研究弹性长轨枕和弹性短轨枕轨道钢轨的垂向振动特性,分析不同轨枕结构及结构参数对钢轨垂向振动的影响,包括轨枕支撑刚度,轨枕质量以及轨枕尺寸对钢轨垂向振动的影响。结果表明：弹性轨枕轨道轨枕结构及结构参数的改变只会影响钢轨的0-400Hz范围内的垂向振动特性。     

弹性轨枕轨道振动特性研究

弹性轨枕轨道是目前城市轨道交通中运用较为广泛的轨道类型,钢轨是弹性轨枕轨道主要的振动和声辐射结构,通过研究钢轨的振动特性能够为控制振动和辐射噪声提供相关参考数据。在频域角度研究弹性长轨枕和弹性短轨枕轨道钢轨的垂向振动特性,分析不同轨枕结构及结构参数对钢轨垂向振动的影响,包括轨枕支撑刚度、轨枕质量以及轨枕尺寸对钢轨垂向振动的影响。结果表明:弹性轨枕轨道轨枕结构及结构参数的改变只会影响钢轨在0～400 Hz范围内的垂向振动特性。     

多层有砟轨道结构弹性波波动行为及带隙特性

为更好探究弹性波在有砟轨道结构中的传播特性,建立基本元胞平面波倒格矢下的多层有砟轨道波动方程,得到无限周期结构模型的频散曲线及各阶带隙,分别为：0～57.4 Hz、72.14 Hz～122.2 Hz、141.9 Hz～243.5 Hz。通过参数分析,得出结构中的局域共振带隙主要受到扣件、轨枕、道床刚度等轨下支撑的影响;Bragg 带隙主要受到扣件刚度及元胞长度的影响。同时,建立有限周期数的多层有砟轨道模型求解结构的振动传递系数dB,得到在各阶带隙范围内dB值小于0,即弹性波明显衰减,验证了带隙的存在及计算的正确性。为探寻带隙机理,模拟多层有砟轨道的集中质量模型,推导出各阶带隙的边界频率计算公式及振动模式。最后,提取位于带隙范围内的60 Hz、90 Hz、200 Hz以及位于通带范围内的70 Hz、150 Hz、2 000 Hz下的钢轨及道床位移分布,对于带隙范围内的频率,钢轨及道床位移会沿着弹性波波动方向快速衰减,表现出带隙特性,且衰减速度与振动传递系数大小相符;而对于通带范围内的频率,钢轨及道床位移沿着弹性波的波动方向无明显变化或衰减,即表现出通带特性,这进一步阐释有砟轨道结构中弹性波的传播特性以及带隙对钢轨及环境振动的抑制作用。有关结论可为后续从波动角度研究轨道结构及环境振动提供新的思路及理论支撑。     

无砟轨道-箱梁结构振动传递及参数影响分析

随着高架桥梁在轨道交通中的广泛应用,轨道交通引起的桥梁结构振动与噪声问题越来越引起人们的关注。以常见的无砟轨道-箱梁结构为研究对象,考虑常用的扣件、桥梁支座及CA砂浆性能参数,基于轨道和桥梁振动理论建立钢轨-轨道板-CA砂浆层-基座-桥梁系统空间实体振动分析模型,以轨道和桥梁结构的位移导纳为考核指标,分析振动在无砟轨道-箱梁结构中的传递,研究各关键参数对振动衰减的影响。计算结果表明:高速列车运行引起的10 Hz以内的低频振动衰减较慢,10 Hz以上的振动随着频率的增加衰减速度逐渐加快;桥梁腹板10 Hz以内的横向振动幅值约为竖向振动的10%,10 Hz以上两者振动水平相当;桥梁支座对桥梁结构低频振动有一定减振作用,而弹性扣件对中高频的桥梁结构振动有减振作用,CA砂浆层刚度对桥梁结构的振动影响较小;低刚度扣件减小桥梁振动的同时,会加剧较高频率的钢轨振动。计算及分析结果可为高速铁路桥梁结构的减振降噪设计提供参考。     

轨道交通动态客流对轮轨力特征影响研究

为了研究轨道交通动态客流对轮轨力特征的影响,通过对列车实际线路进行试验分析动态客流对列车轮轨力、脱轨系数及频谱特征参数的影响。在线路曲线段位置钢轨上粘贴应变片,获得列车在不同客流工况下通过该区间段时的轮轨力大小,分析比较客流高峰期、客流非高峰期典型工况下轮轨力幅值大小、幅值变化趋势、脱轨系数大小及主频范围与频率变化规律。结果表明：动态客流对轮轨力幅值影响较大,随着客流增大轮轨垂向力幅值增大12.9 %,轮轨横向力幅值增大7.5 %。列车正常运营状态下脱轨系数在0.12～0.16 之间变化,动态客流对脱轨系数影响较小,均在安全行车范围内。动态客流引起轮轨力主频幅值大小变化,钢轨内轨横向力共振频率由175 Hz偏移到155Hz,共振频率出现了偏移,但轮轨力频谱特征趋势基本保持一致。     

扣压力失效状态下WJ-8扣件垂向力学行为研究

为研究扣件扣压力失效对车-轨系统动力性能的影响,通过建立WJ-8扣件精细化分析模型研究了扣件在不同受力阶段的垂向非线性刚度行为,提出了改进的抗拉刚度双线性模型和不受拉弹簧模型用来表征扣压力失效的扣件,并分析了不同扣件失效类型对车辆-轨道系统动力响应特性的影响。分析结果表明,扣件垂向刚度可离散为抗拉刚度与抗压刚度。当上拔力超过扣件扣压力后,扣件的垂向抗拉刚度迅速减小,无法保持对钢轨上移的约束作用。扣件扣压力失效和完全失效都削弱了钢轨的约束,增大了钢轨振动。其中扣压力失效主要增加钢轨在8 Hz~50 Hz范围内的振动,完全失效下钢轨振动在全频段内都有所增加。     

站房结构在地铁激励下的振动响应研究

对大型综合交通枢纽车站—南昌西站进行模型仿真,从时域和频域的角度分析地铁列车激励下南昌西站的振动特性。研究地铁2号线在不同行驶速度、不同隧道埋深工况下的振动传播规律及频率分布特点,并结合振动控制标准对环境振动进行评价。研究结果表明,在地铁列车荷载作用下,综合枢纽车站的振动幅值随着振源距离增大而减小;在距离轨道中心线20 m~40 m的区域出现振动放大区,振动放大效应对轨道层与楼板层的响应影响较大,对商业夹层的影响小,车站不同结构层的振动频率分布特性基本一致,主要集中在10 Hz~60 Hz范围内,但是随着高度的增大,结构层的高频成分衰减较快;车站结构横向振动水平总体上比垂向振动小,但两者处于同一量级,甚至在部分频率范围内比垂向振动大。     

成渝高速铁路某高架桥段地面三向振动特性分析

地面振动是高速铁路运营期的主要环境问题之一,为了研究高速铁路高架桥段地面振动的传播和衰减规律,选择成渝高速铁路某桥梁段进行了现场地面三向振动测试。在时域和频域内分析了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,在同一距离处,横向、纵向振动加速度幅值及有效值均大于垂向;三向振动随距离的增加,加速度幅值及有效值均呈衰减趋势;垂向和纵向振动中,高频成分衰减迅速,低频衰减速度较缓,而横向则是低频和高频均衰减迅速,但远场仍是以低频为主;三向振动远场优势频率均在10Hz左右;计权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。     

调频式钢轨动力吸振器试验效果分析

设计短、长两种钢轨试验模型,采用力锤锤击激励方式,对比测试了吸振器安装前、后钢轨振动量级及钢轨振动衰减率的变化。试验结果表明,调频式动力吸振器在设计调谐频率附近(100～600 Hz)可有效地降低结构振动水平,原点垂向及横向主要响应峰值衰减均可达到3 dB以上。另外,吸振器可有效阻断振动能量沿轨面传递,在0.1～1 kHz的全频段内,钢轨振动衰减率均有不同程度增加。