基于隔振器荷载特征的浮置板轨道定频隔振器设计研究EI北大核心CSCD

该研究旨在保证车辆在浮置板减振轨道的铺设区域具有尽可能强的行驶平稳性,基于非线性隔振理论设计了具有任意准静态载荷位置附近具有固有频率恒定特征的非线性浮置板轨道隔振器刚度曲线以及与其适配的最优化非线性阻尼曲线。首先,通过对浮置板轨道用隔振器载荷特征识别,确定浮置板隔振系统的隔振需求;其次,基于变质量隔振系统动态特征,设计在任意准静态载荷位置附近具有相同固有频率的定频非线性隔振系统(以下简称定频系统)刚度曲线;然后,基于定频系统刚度曲线特征以及阻尼系数对非线性系统隔振性能的影响机理,对针对定频系统进行最优化非线性阻尼设计;最后,基于车辆-浮置板轨道-隧道系统一体化仿真分析模型,针对最优化的定频系统进行仿真验证分析。结论表明:相比采用既有线性钢弹簧隔振器的浮置板减振轨道系统(以下简称线性系统),采用定频非线性隔振器的浮置板减振轨道系统可有效控制轨道板动态位移,轨道板动态位移可降低约8%;非线性系统可显著降低轨道板的振动加速度响应,振动加速度有效值可降低约46.24%;非线性系统在全频段都具有较好的衰减效果,Z振级插入损失约6.26 dB。     

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。     

TID隔振器浮置板轨道低频减振特性研究

为了实现对地铁低频环境振动的控制,提出了一种基于TID(Tuned inerter damper,调谐惯容阻尼器)的浮置板板下隔振器,并以此形成新型浮置板轨道结构。分别探究了TID隔振器浮置板轨道的低频弹性波传播特性、简谐点荷载作用下振动特性以及列车荷载作用下减振效果;结合多目标遗传算法,开展了TID参数优化分析。结果表明：TID的引入使得传统钢弹簧浮置板新增弯曲波带隙,实现了对板内弹性波的调控;浮置板低频共振所致的振动放大问题得到较大改善。TID隔振器浮置板轨道在4 Hz～16 Hz频率范围内的减振效果得以提升,浮置板振动响应也得到减弱。     

电梯垂直低频隔振器设计与分析

针对曳引电梯低频振动难以降低的难题。基于准零刚度原理,采用理论建模、有限元分析相结合的方法分析并研制了屈曲弹簧钢板和圆柱橡胶组合式新型轿底低频隔振器,同时对圆柱橡胶、弹簧钢板及其组合低频隔振器分别进行静载力学试验以及动态隔振性能试验。研究表明,该新型低频隔振器平衡位置处的平均刚度小于20 N/mm,电梯轿厢的固有频率降低到1 Hz,隔振起始频率降低81.80%;弹簧钢板的尺寸和屈曲量以及圆柱橡胶的尺寸及其硬度是影响低频隔振器性能的关键参数,通过以上参数的相互匹配,可提高承载能力和降低组合刚度;该新型低频隔振器在保证静态稳定性的同时,实现了轿厢的低频隔振,提高乘坐电梯的舒适性。     

高架线减振轨道减振降噪效果测试与分析

通过对地铁高架桥上双层非线性减振扣件、减振垫浮置板、橡胶弹簧浮置板、钢弹簧浮置板轨道的现场振动和噪声测试,对高架线不同减振轨道结构的实际减振降噪效果进行分析和评价,分析了桥梁结构振动与辐射噪声之间的关系和不同减振轨道对减小桥梁结构辐射噪声的效果,可为今后的轨道减振设计提供借鉴,研究表明：相对于双层非线性减振扣件整体道床桥面,减振垫浮置板、橡胶弹簧、钢弹簧浮置板在1～80 Hz内VL_zmax的减振效果分别为10.2 dB,10.6 dB,11.8 dB;在1～200 Hz内VL_za的减振效果分别为10.3 dB,12.7 dB,12.6 dB;高架线的噪声源频谱是宽频的,在中心频率80 Hz和630 Hz处噪声出现明显峰值;桥梁结构辐射噪声以12.5～250.0 Hz低频噪声为主,桥梁结构辐射噪声可通过桥梁振动速度级或振动加速度级来计算;高架线采用减振轨道可减小桥梁结构辐射噪声,相对于双层非线性减振扣件整体道床桥面,减振垫浮置板、橡胶弹簧、钢弹簧浮置板在12.5～250.0 Hz内桥梁结构辐射噪声L_{Aeq, Tp}的降噪效果...     

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。     

一种悬臂梁组合几何非线性结构准零刚度隔振器研究

为拓宽被动隔振器的隔振频率范围,实现低频甚至超低频隔振,研究了一种由负刚度机构与线性弹簧并联构成的准零刚度隔振器,其中负刚度机构由悬臂梁组合几何非线性结构构成。建立隔振器的静、动力学模型,得出了隔振器的恢复力-位移、刚度-位移曲线;分析隔振器在力激励下的幅频响应特性和稳定性,得出了阻尼及激励幅值对其隔振性能的影响规律。设计搭建机械式振动实验装置,对隔振器进行试验研究。理论分析及实验结果表明,在相同静态承载力下,所设计隔振器较对应线性隔振器,隔振频带更宽、隔振性能更优。本研究为准零刚度隔振器的设计提供了新的思路。     

轨道支撑失效对钢弹簧浮置板动力响应特性的影响

基于ANSYS软件建立钢弹簧浮置板轨道三维有限元分析模型,研究扣件和隔振器失效对地铁轨道交通列车—钢弹簧浮置板系统的动力响应影响。研究表明:当列车行驶在扣件和隔振器失效的钢弹簧浮置板轨道上,钢轨垂向位移、加速度和临近扣件支点反力变化显著,且随着失效扣件和隔振器数目增加变化越明显;失效扣件和隔振器的中心在浮置板端部比其在浮置板中部的影响大。     

隔振道床对地铁车辆噪声影响分析

通过对某城市地铁车辆噪声测试分析,得到地铁经过一般整体道床、橡胶减振垫浮置板道床、中量级浮置板道床和重量级浮置板道床时,车体内外声场空间分布以及噪声频谱特性。结果表明,列车通过一般整体道床道床所产生的噪声声压级为4种道床中最低,通过减振垫浮置板道床产生的噪声声压级最高。隔振设计的浮置板道床使车内噪声增加,主要加强200 Hz频段以下的噪声,通过重量级浮置板道床时100 Hz~200 Hz车内低频噪声声压级最高,与中量级浮置板道床工况数据对比表明车内低频噪声强度与钢弹簧浮置板道床的隔振效果呈正相关。     

钢弹簧浮置板轨道减振效果实验室检验评价方法研究

钢弹簧浮置板轨道减振效果线上测试受线路、地质、车辆以及施工质量等外部因素影响,不同地段及不同厂家间直接对照时存在一定偏差;另外,线上测试存在一定的滞后性,测试开展时钢弹簧浮置板轨道已施工完成,即使发现效果不达标,也较难整改。针对这一现状探究在室内检测评价浮置板减振效果的方法,根据浮置板轨道的减振原理,将浮置板系统简化为单个隔振器与其在系统中承担质量组成的质量-弹簧-阻尼系统,通过测试隔振器刚度和阻尼比,计算传递损失并预估浮置板理论隔振效果。同等条件下的测量能客观反映不同隔振器和设计方案之间的差异,有助于在浮置板隔振器上线前提前了解其性能,降低不合格产品上线的风险。     

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22.16 dB和19.15 dB;(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25 Hz～200 Hz和40 Hz～200 Hz,但均在6.3 Hz～16 Hz表现出振动放大现象。     

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。     

水泵荷载作用下浮筑楼板振动特性的仿真分析

为了提高水泵荷载作用下浮筑楼板隔振效果,分析其振动传播规律,本文建立水泵基座-浮筑楼板稳态动力学仿真分析模型,并通过理论分析验证模型准确性,分别探究不同工况下的浮筑板振动表现。结果表明：浮筑板振动主要存在两个主频,多台水泵同时运行,对浮筑板振动具有明显叠加效应。随着水泵基座质量增加,主频向低频偏移,振幅逐渐提高;随着板厚增加,振动主频降低,但振幅值先降低后增加;随着隔振器刚度增加,一阶主频提高而振幅降低。建议浮筑板固有频率设计低于4Hz,基座隔振器固有频率高于8Hz。     

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。     

双稳态余弦梁非线性隔振器的动力学与隔振特性研究

为了隔离航空器上的低频振动,提出一种具有准零刚度特性的非线性隔振器,由线性正刚度弹簧并联双稳态余弦梁负刚度元件而成。首先,通过对余弦梁非线性隔振器的静力学分析,给出了隔振器在准零刚度平衡点时的结构参数需要满足的条件。其次,建立谐波力作用下的系统动力学模型,通过未扰系统的分析,得到其存在平衡点分岔行为和满足稳定准零刚度的条件。最后,通过数值方法和有限元软件动力学仿真分析扰动系统的隔振性能,得到余弦梁非线性隔振器的起始隔振频率。进一步与线性隔振系统相比可知,引入余弦梁的非线性隔振系统有效降低了起始隔振频率。因此,余弦梁非线性隔振器具有优异的低频隔振性能,这为低频非线性隔振器设计提供了理论基础。     

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。     

一种具有几何非线性的斜置式惯容隔振器动态特性研究

提出一种具有几何非线性的斜置式惯容隔振器,表现在惯容器在承载质量运动方向上的力是非线性的以及动力学方程中的加速度项是非线性的,采用谐波平衡法求得系统的动力学响应,并与数值解进行对比。用动态位移峰值,传递率峰值和隔振频带来评价斜置式惯容隔振器的隔振性能,并与线性隔振器进行对比分析。研究表明当激励力幅值较小时,与线性隔振器相比,斜置式惯容隔振器的力传递率峰值较小,隔振频带较宽,而动态位移峰值较大。     

支撑形式对钢弹簧浮置板轨道减振性能的影响

为了改善钢弹簧浮置板轨道的减振性能,以现有液压弹簧阻尼器的布置形式为基础,设计了一种全新的液压弹簧阻尼器布置形式。利用ABAQUS数值模拟软件建立显式计算有限元模型,施加现场实测的定点轮轨力。通过MATLAB编程软件;分析两种布置形式下,轨道板和基底的振动加速度时程、三分之一倍频程以及Z振级。结果表明在列车轮轨力作用下,现有钢弹簧浮置板轨道的轨道板振动幅值大于新型钢弹簧浮置板轨道;同时,基底振动加速度三分之一倍频程和Z振级分析都证实了在低频区,新型钢弹簧浮置板轨道具有更好的减振效果。     

市域快线预制钢弹簧浮置板轨道振动特性研究

为探究钢弹簧浮置板轨道在市域快线中的适用性,有效模拟市域列车与浮置板轨道之间的动态相互作用,进行浮置板轨道结构的参数优化分析。基于车辆?轨道耦合动力学理论,建立 CRH6 动车?预制钢弹簧浮置板轨道耦合动力学模型,该模型将车辆视为由车身、车架和轮组组成的多刚体系统,考虑了各部分的横向、纵向、侧滚、摇头和点头运动。将钢轨视为弹性点支承的伯努利?欧拉梁,根据实际扣件节点间距布置钢轨支撑点,考虑左右钢轨的垂向、侧向和转动自由度。将浮置板的垂直方向视为弹性地基上的双向弯曲弹性板,水平方向视为刚体,考虑其平移和转动自由。考虑混凝土基础为弹性基础上的双向弯曲弹性板。轮轨之间的法向力由赫兹非线性弹性接触理论确定,切向力由非线性蠕变理论确定。研究表明,传统上用于低速线路的预制钢弹簧浮置板式轨道实际上可以用于市域快线乃至市域快线领域,预制式钢弹簧浮置板轨道可以在满足列车运营安全的前提下达到显著的减振效果。侧置式隔振器的发明是提高浮置板轨道稳定性的新探索,相比传统单纯增加浮置板轨道厚度,进而提高轨道质量并提升其稳定性的做法,采用浮置板侧置隔振器无疑是经济而有效的。因此,该预制式钢弹簧浮置板轨道能够满足市域快线高速行车的要求,同时研究成果可为时速 160 km 预制钢弹簧浮置板道床的动力学设计提供支撑。     

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。