列车车轮动力吸振器减振降噪性能研究

轮轨噪声是列车主要噪声源,而车轮振动声辐射是轮轨噪声的重要组成部分。降低车轮振动声辐射是控制轮轨噪声的有效方法之一。通过在车轮辐板位置安装动力吸振器,以吸收主振动系统的能量,达到减振降噪的目的。利用有限元—边界元方法,研究动力吸振器主要参数,包括质量比、阻尼损耗因子、结构形式、动力吸振器数量对车轮降噪效果的影响。研究表明三自由度动力吸振器加入适当阻尼可降低振动声辐射6 d B(A)。     

轨道交通的约束阻尼钢轨吸振器技术研究与应用

摘要：城市轨道交通的主要是轮轨噪声,抑制钢轨的振动速度,对降低轮钢轨噪声有显著作用,目前的轮轨降噪技术对于轮轨噪声,尤其是500Hz以下的中低频率成分还缺乏理想的制约手段,而影响沿线地区声环境的主要是噪声中的低频成分。在阻尼钢轨、动力吸振器的基础上,开发了一种“动力吸振多层约束阻尼钢轨吸振器”, 有显著降噪效果的频率下限为200Hz。工程应用的结果表明：加钢轨吸振器后,正线的列车通过平均声级比原来降低约4dB(A),列车站台噪声降低2~3 dB(A)。 该型钢轨吸振器现场安装方便,使用的胶粘剂对钢轨没有腐蚀作用,不会造成对线路通讯、钢轨探伤和列车行驶的不良影响。     

振幅放大型钢轨吸振器对弹性波传播的控制研究EI北大核心CSCD

采用钢轨动力吸振器是控制轮轨噪声的有效手段,可以对其结构进行优化设计以更有效地实现减振降噪。基于振幅放大机制提出一种新型钢轨动力吸振器,建立按周期规律布置振幅放大型吸振器的轨道模型,采用能量法得到模型结构的带隙,利用COMSOL有限元软件对计算出的能带结构进行验证,并结合位移导纳和振动加速度级的结果研究和评估了振幅放大型动力吸振器的减振效果。此外,进一步分析了振幅放大的机理以及放大倍数对减振性能的影响。结果表明,从控制弹性波在钢轨结构内传播的角度来看,振幅放大型钢轨动力吸振器较常规型动力吸振器拥有更加优越的减振性能。     

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。     

基于声学黑洞波动控制技术的槽型轨动力吸振器减振降噪特性研究

轨道交通引起的环境振动噪声问题持续增加,即使目前具有多种控制效果良好的减振降噪措施,但仍有望做进一步的提升。在该研究中提出了一种新型的槽型轨道动力吸振器,将声学黑洞波动控制技术与动力吸振原理相结合。该吸振器设计的目标是保证主结构强度与刚度的前提下,采用附加的声学黑洞阻尼振子作为吸能单元,对主结构的振动能量进行传递、吸收与耗散。为了研究声学黑洞型动力吸振器对槽型轨道振动特性和声辐射特性的影响,利用仿真分析对不同类型的动力吸振器下槽型轨道的位移导纳和振动衰减率进行了评估;采用滚动噪声预测模型计算分析了声学黑洞型动力吸振器的降噪效果并探究了其参数对轮轨振动噪声的影响规律。结果表明：槽型轨在800～1 000 Hz频段内的一阶pinned-pinned在未采取措施的情况下振动响应显著,振动衰减率仅为0.68 dB/m,在安装了声学黑洞型动力吸振器之后轨道结构的振动衰减率上升到1.80 dB/m,提高率可达265%。     

用于列车地板结构减振的动力吸振器设计

动力吸振器作为一种振动控制的主要手段,很少被用于铁道车辆车体结构的振动控制。通过仿真分析发现车辆在33.6 Hz处存在地板局部振动放大现象。为解决该问题,建立地板-多重动力吸振器系统运动方程,推导得到动力放大系数函数,并提出一种基于偏导数的数值搜索方法,计算多重动力吸振器的最优参数。利用仿真方法提取地板目标模态的振型函数,并计算模态质量,最终得到地板最优多重动力吸振器参数。将动力吸振器建入车体仿真模型对其振动控制效果进行验证。结果表明,目标频率33.6 Hz处的地板振动加速度峰值下降23.98%,且33.6 Hz附近的振动传递率也有所下降,所设计的地板多重动力吸振器具有良好的减振效果。     

动力吸振器对有轨电车弹性车轮的减振降噪影响分析

为了评价有轨电车弹性车轮动力吸振器的减振降噪效果,通过实验室测试方法对动力吸振器进行振动噪声测试,并结合理论和仿真来分析其降噪特性。首先,在半消声室分别测试弹性车轮在有无动力吸振器情况下的振动声辐射,测试结果表明：动力吸振器对弹性车轮轴向振动有明显的抑制作用。径向激励下,动力吸振器的降噪量为0.6 dB(A),轴向激励下,动力吸振器的降噪量为2.6 dB(A)。进而,基于动力吸振原理探究动力吸振器的降噪性能,并结合测试图纸建立动力吸振器有限元模型,分析表明：动力吸振器在车轮固有频率2 066 Hz、2 245 Hz和3 837 Hz处降噪效果较好,原因是降噪频率差值在2 %以内,调谐频率和理论最优频率相吻合。动力吸振器在车轮固有频率899 Hz处降噪效果较差,其降噪频率差值为6.26 %,由于调谐减振频率偏离最优同调条件,导致降噪性能的恶化。     

中间支撑梁式动力吸振器的设计与实验研究

通过在中间支撑梁端部布置质量块设计多自由度动力吸振器，首先分析所设计的动力吸振器的理论模型。然后通过优化算法推导得到多自由度动力吸振器的最优频率比、最优阻尼比。最后以单自由度、2自由度和四自由度动力吸振器为例，通过实验验证所设计的多自由度动力吸振器。理论分析与实验结果表明：对于相同质量的吸振器，四自由度动力吸振器的振动控制效果明显优于单自由度及2自由度动力吸振器，并且其可控制频带更宽。     

广义变式惯容动力吸振器的H_(∞)和H_(2)解析优化EI北大核心CSCD

为使动力吸振器(dynamic vibration absorber,DVA)在连接限制的条件下充分发挥振动控制性能,研究了可连接在主振动系统任意位置的广义变式惯容动力吸振器的参数优化及其控制效果。基于虚功原理,在广义单自由度的主振动系统上,建立了适用于多种惯容动力吸振器的运动微分方程以及七参数通用频响函数。在此基础上,基于固定点理论推导得到了上述动力吸振器的H_(∞)优化解析解。并通过滤波理论得到了白噪声力和基础激励下的动力响应解析解,基于大量参数分析结果,拟合得到了H_(2)优化的简化计算经验公式。经高耸烟囱结构的风致振动和地震响应控制算例验证,采用提出的经验公式对随机激励下的一阶振动主导的结构进行振动控制优化设计,最优控制比误差在2%以内,具有良好的工程适用性。该文章的分析结果可为广义变式惯容动力吸振器的工程设计提供理论依据,分析流程也可为其他类型动力吸振器的振动控制优化研究提供参考。     

用于平板结构的动力吸振器参数优化设计

多重动力吸振器用于连续体主振系统减振时,其参数需要经过优化设计才能获得最优的减振效果,目前,参数优化设计方法还有待完善。研究平板结构动力吸振器减振参数优化设计方法,将平板-多重动力吸振器系统运动方程化简,推导得到优化的目标函数——动力放大系数函数,采用一种基于偏导数的优化方法得到多重动力吸振器的最优设计参数。通过数值计算和仿真分析验证所设计吸振器的有效性。结果表明,吸振器对平板振动有明显抑制效果,且在振子总质量比相等的条件下,振子数越多,吸振器的减振效果越好,减振频带越宽。     

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)。     

轨道刚度对高速轮轨系统振动噪声的影响

高速铁路对环境的噪声污染是一个不可忽视的问题,在已建立的轮轨滚动噪声预测模型的基础上,以板式轨道为对象,研究了在轮轨表面粗糙度(随机短波激扰)的激励下,轨道刚度变化对高速轮轨系统振动及轮轨噪声的影响.结果表明:降低轨道刚度,可以有效降低轮轨系统400Hz以下频率的振动,但对400Hz以上的振动基本无影响,从而,对轮轨噪声也基本无影响.     

轮对振动和噪声的分析

以轮轨表面粗糙度为激励,利用车辆-轨道多刚体耦合振动模型计算轮轨作用力.利用有限元理论建立轮对的有限元分析模型,以轮轨作用力为激励进行轮对的振动频响分析.以振动响应分析结果作为边界条件,利用边界元理论建立轮对边界元声学分析模型,对轮对振动声学特性进行了计算分析.其结果与公认的模型和软件的计算结果相比具有较好的一致性,证明本文做法的正确性.     

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。     

轨道结构的减振降噪技术

通过对轨道交通噪声源的分析,结合我国现状,降低轮轨噪声是轨道交通减振降噪的关键.从声源的控制,隔振,吸振三方面着手,提出轨道结构方面的减振措施.     

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。     

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。     

某地铁U型梁结构辐射噪声分析预测及其降噪研究

城市轨道交通成为人们出行的主要交通方式,轨道交通噪声产生的问题有待解决。文章以某城市地铁线路为研究对象,现场实测列车经过时产生的振动和噪声,主要分析U型梁振动产生的低频结构辐射噪声并建立声学预测模型。在分析实测数据同时对减振降噪措施效果进行了分析,由于结构辐射噪声主要在低频段,故振动分析频段为 4~200Hz,结构辐射噪声分析频段为20~200 Hz。结果表明,梁体振动与辐射噪声有很强的关联性,变化规律基本一致;安装钢轨波导消振吸声器前后,底板振级和辐射声压级都降低5~8 dB左右,有明显减振降噪作用;U型梁结构振动的辐射噪声在梁体周围的传播有很强的指向性,梁体正上方与正下方声压级最大,但腹板外侧声压级相对较小。     

车轮非圆化对高速列车振动噪声的影响

对运营中的高速列车进行车内振动与噪声现场测试,分析高速列车车内振动和噪声特性,明确车内振动与噪声的水平及频谱特性,同时对车轮表面粗糙度进行同步测试,分析车轮非圆化特征,研究车轮径跳幅值及车轮多边形阶次对高速列车车内振动与噪声的影响。结果表明,车轮第20阶多边形是使车内振动和噪声偏大,并形成580 Hz显著频率的主要原因,相关结果可为高速列车车内振动与噪声控制及指导车轮镟修提供参考。