城市轨道交通车轮振动声辐射特性

轮轨噪声是城市轨道交通噪声的主要组成部分,而车轮振动声辐射是轮轨噪声的主要声源之一。目前使用的城市轨道交通车轮有多种型式,系统性地比较各种车轮的振动声辐射特性,研究不同参数对车轮振动声辐射的影响。通过数值方法,对五种城市轨道交通车轮的辐射声功率,进行详细比较分析。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,适当增大辐板厚度和减小车轮的直径,对降低车轮振动声辐射均有积极作用;斜曲型辐板和双S型辐板车轮的振动声辐射水平相当,而直型辐板车轮的振动声辐射水平最低,相比其他两种类型辐板车轮,其总辐射声功率级小8 dB左右。相关计算结果将为城市轨道交通低噪声车轮的设计和选型提供理论参考。     

考虑磨耗及不等厚辐板的轨道车轮振动声辐射特性

为了降低轨道车轮振动的声辐射,以双S型辐板车轮为研究对象,建立了反映磨耗及不等厚辐板的9种城市轨道车轮三维有限元模型,分别获得了车轮在各阶振动模态下的固有频率及结构振型,对比分析了不同车轮的声功率级响应曲线,从而得到车轮在不同磨耗条件及不等厚特征情况下的声辐射水平。研究结果表明：与初始现役车轮相比,辐板上部不等厚车轮在峰值声功率级上降低了13.82 dBA;随着踏面磨耗加深,车轮的噪声逐渐增大;辐板上部不等厚车轮在不同磨耗下的最大声功率级均小于初始现役车轮。     

基于有限元-边界元法的不同辐板型式车轮振动声辐射分析

为了深入研究车轮辐板外形变化对车轮振动声辐射噪声的影响,利用有限元计算方法进行直辐板和曲辐板两种类型车轮的模态计算及谐响应分析,再采用声学边界元软件建立边界元模型,进而计算得出不同辐板外形车轮受单位的法向力作用时的声辐射功率。通过计算发现直辐板车轮比曲辐板车轮噪声水平更低,合理的车轮截面形状能够显著降低车轮振动声辐射噪声。通过某型车拖车车轮声辐射计算结果与实验室试验结果的对比,结果表明车轮在各频率下最大噪声值误差约为3%、模态密集区域的主要频率最大误差在2%以内,仿真结果较为准确。     

不同轮轨粗糙度激励下辐板安装式刹车盘对地铁车轮声辐射特性的影响

研究在不同轮轨联合粗糙度激励下,辐板安装式刹车盘对地铁车轮声辐射特性的影响.在数值计算中,首先根据地铁车轮的实际尺寸建立其三维实体有限元模型,基于分块兰索斯法计算其固有频率特性,基于模态叠加法计算车轮有无辐板安装式刹车盘时在轮轨名义接触点处四种典型轮轨联合粗糙度激励下的动态响应.然后由其振动结果,生成声学网格的速度边界条件,利用声学边界元法计算车轮的声辐射特征.讨论并比较在各种不同轮轨联合粗糙度激励下,在车轮显著共振峰处,辐板安装式刹车盘对车轮辐板轴向振动和车轮辐射声功率的影响.并结合辐射声场云图、声辐射指向性图,讨论辐板安装式刹车盘对车轮轴向辐射声场指向性的影响.结果表明,原车轮声辐射主要来自车轮辐板轴向贡献;在不同轮轨联合粗糙度激励下,刹车盘均能很好地抑制辐板的轴向振动并起到辐板声屏障的作用,从而对车轮的直线滚动噪声有良好的抑制作用.     

行车速度对高速列车车轮振动声辐射特性的影响

列车车轮的振动是轮轨噪声声源的一个重要的组成部分.利用有限元与边界元相结合的方法,着重研究列车速度变化对车轮的振动-声辐射特性的影响,计算模型中考虑轮轨间的垂向相互作用,并考虑轮轨接触斑的滤波作用.根据车轮的实际尺寸建立车轮的三维实体有限元模型,采用分块Lanczos法求解车轮的固有频率振型,然后采用模态叠加法计算单个车轮结构在垂向不平顺激励下的动态响应,将车轮表面的速度处理成声学边界元模型的输入条件,计算车轮的滚动辐射噪声.数值计算中,研究车轮的不同部位(踏面、辐板和轮辋)在声辐射中所占的比重,以及不同的列车速度对车轮振动声辐射特性的影响.数值仿真计算为高速列车的轮轨降噪措施的制定提供一定的参考.     

辐板屏蔽式阻尼车轮振动声辐射特性试验研究

轮轨噪声是轨道交通噪声的主要组成部分,车轮振动声辐射是轮轨噪声主要声源之一,因此,低噪声车轮的研究是降低轨道交通噪声的研究重点。以国内现有某直型辐板地铁车轮为基体,设计并安装一种新型辐板屏蔽式阻尼装置,针对该阻尼车轮,在半消声室内进行试验研究。试验中采用力锤及落球两种激励方式,分析辐板屏蔽式阻尼车轮振动声辐射特性。研究结果表明,该新型阻尼车轮的模态阻尼比显著提高,对于800 Hz以上各阶模态阻尼比均提高一个数量级;阻尼车轮在整个频域范围(0～6 400 Hz),振动频响函数幅值明显低于标准车轮,尤其在中高频区域;阻尼车轮在径向和轴向激励条件下的总辐射声能量级分别降低12.4～13.5 dB和12.4～14.7 dB。在车轮辐射噪声显著频带内,双侧阻尼车轮辐射声能量降低15 dB左右。     

考虑不同辐板的城市轨道车轮热力耦合特性研究

以城市轨道交通车轮为研究对象,建立了三种典型辐板型式(直辐板、单S型辐板和双S型辐板)的轨道车轮模型,研究了轨道车轮结构载荷和热载荷的计算方法,重点比较了这三种辐板型式轨道车轮在不同磨耗下的热力耦合特性,获得了热力耦合条件下的不同辐板类型轨道车轮的耦合应力特性,利用Goodman疲劳极限图对三种辐板型式轨道车轮疲劳强度校核。结果表明:三种辐板型式的轨道车轮均满足疲劳强度要求;双S型辐板车轮较直辐板车轮和单S型辐板车轮在耦合场中具有较好的抗疲劳性。     

阻尼敷设车轮声辐射特性分析

目前在铁路噪声领域的研究中，采用阻尼材料对车轮进行表面处理的方法是一种较为合理的降噪措施，但是阻尼装置往往因为体积、稳定性和安装难度等问题难以应用于实际工作。采用在车轮表面进行阻尼材料贴附的方式相对安装阻尼装置具有更实际的研究意义。这里针对城市列车915mmS型辐板标准车轮，在其辐板表面执行一种轻型的阻尼表面处理方式，并设计全敷设和环形敷设阻尼材料两种敷设方案。通过有限元软件仿真计算，分析在中低频率段，阻尼处理前后车轮的固有频率及声辐射数值特性，对比分析这两种处理方式对于车轮各模态处声辐射特性的影响，提出可靠性更佳的敷设方案。     

双S型辐板车轮对钢轨波磨的影响

为了研究双S型辐板车轮对钢轨波磨的影响,基于饱和蠕滑力引起轮轨系统摩擦自激振动从而导致钢轨波磨的理论,使用ABAQUS软件,分别建立小半径曲线正双S型辐板车轮和反双S型辐板车轮轮轨系统有限元模型,并用单S型辐板车轮进行模型的验证;采用复特征值分析法,研究双S型辐板弯曲方向、弯曲程度和辐板厚度对钢轨波磨的影响。结果表明:正双S型辐板车轮是一种无波磨车轮,且弯曲程度和辐板厚度对钢轨波磨无明显影响;而反双S型辐板车轮容易引起钢轨波磨,且辐板弯曲程度越大,越容易引起轮轨系统不稳定振动。     

铁路客车车轮振动与声辐射特性分析

车轮是铁路客车上重要的声辐射部件。客车运行时,轮轨表面粗糙度使车轮产生振动及辐射噪声。利用有限元软件ABAQUS建立车轮的有限元模型,并计算0~10000 Hz内车轮的固有模态及振型。在车轮名义接触点施加单位力,采用模态叠加法,对车轮的频率响应函数进行分析。将车轮的频率响应作为边界条件,利用直接边界元法对其进行声辐射特性分析。     

波磨条件下地铁车轮瞬态滚动噪声特性研究

联合应用隐式-显式有限元及边界元方法,分析地铁线路中几种典型钢轨波磨对车轮声辐射的影响。采用Ansys/LSdyna建立有钢轨波磨存在的三维轮轨瞬态滚动接触模型,获得波磨激励下的轮轨接触力。将该轮轨力输入到有限元/边界元振动声辐射模型,进行波磨激励下车轮声辐射分析。结果表明,该模型能够反映波磨对轮轨作用力非线性的影响;钢轨波磨增大了轮轨间作用力,波磨波长越短,波深越深,对轮轨力的影响越大。对于直型辐板车轮,当钢轨波长较长或波深较小时,车轮声辐射主要由径向模态振动声辐射贡献,当钢轨波长较短或波深较大时,车轮振动声辐射在波磨激励频率处贡献较大。     

基于Poly IIR方法的简支梁振动模态分析与研究

分析某振动试验台简支梁的振动模态,首先利用弹性体一维振动理论得到简支梁的振动数学模型。然后利用伯努利-欧拉梁理论计算得到了简支梁振动微分方程,对简支梁设定特定的边界约束条件计算得到各阶模态参数,利用Workbench有限元仿真分析得到简支梁前五阶固有频率与振型,最后用基于Poly IIR的实验模态算法进行了简支梁实验模态参数识别,得到了简支梁横向与扭转模态频率与振型,验证了仿真值与实验值的一致性,最大误差为3%左右,可以为后续梁、板等弹性体复杂结构EMA分析研究提供一定的参考。     

基于模态振型形状优化的结构声辐射控制

针对复杂结构形状难以参数化的问题,建立基于有限元网格的参数化形状优化模型,提出一种基于模态振型的结构形状优化方法以控制结构声辐射功率。该方法通过有限元法计算结构的振动特性,然后采用瑞利积分进行结构的声辐射分析,在此基础上,用一组模态振型绝对值线性组合定义修改区域的形状优化函数,以每阶模态振型贡献因子为设计变量,通过改变模态振型贡献因子来优化结构的形状,达到降低结构声辐射功率的目的。研究简谐激励力下的结构声辐射优化,以结构声辐射分析频率带内的辐射声功率均值为设计目标,结构有限元结构坐标的最大变动值及模态频率为设计约束,利用序列二次规划算法进行优化求解。以几何平板和复杂曲面为数值算例,研究结果表明该方法可以有效控制结构声辐射。     

行波管模态分析与有限元模型修正

行波管的工作环境恶劣,其结构的振动特性对寿命及可靠性有着重要影响。应用有限元分析软件对行波管进行模态分析,并通过模态试验实测了行波管的模态参数,得到行波管前四阶固有频率和振型。对比分析仿真和试验结果,仿真计算的模态频率偏高。应用Kriging模型构建固有频率与材料参数的关系,将试验结果作为目标进行材料参数修正。修正后的仿真模型的计算精度有了大幅度提高,行波管结构的固有振动特性得到更加真实地反映,为进一步研究其动力学特性提供了更加准确的模型基础。     

燃烧室结构-声耦合特性研究

声振耦合影响燃烧室燃烧稳定性,加剧火焰筒薄壁结构疲劳破坏,声振耦合特性研究对燃烧室燃烧稳定性设计与结构抗疲劳设计非常必要。利用有限元软件建立燃烧室结构-声三维模型,进行燃烧室封闭结构声振耦合特性研究,计算出结构的固有频率和模态振型。通过试验,测量燃烧室声振传递函数,得到燃烧室结构声振耦合固有频率和模态振型。研究表明,声场相当于给结构增加了附加质量,降低了结构固有频率,并产生了特殊的耦合频率。试验验证了有限元计算结果的正确性,从而为燃烧室薄壁结构设计提供了参考。     

双啮合针齿凸轮分度机构模态分析与试验研究

为探究一种新型间歇机构——双啮合针齿凸轮分度机构的振动特性,考虑各零部件之间的复杂连接关系,建立机构有限元模型进行模态分析。提取有限元模型分别在分度期和间歇期的前六阶模态振型,最后对样机进行试验模态分析。对比发现试验模态分析固有频率与有限元计算结果相近,验证了有限元模态分析方法的可靠性。依间歇期的低阶频率,实际运转情况机构不会发生因输入引起的结构共振。通过模态分析为双啮合针齿凸轮机构振动特性分析,结构优化设计提供了试验支撑与理论依据。     

摆线转子式机油泵模态分析及试验

为评价某型摆线转子式机油泵结构的动态特性,建立了该型机油泵的有限元模型并进行模态分析,得到自由模态和约束模态的前六阶固有频率和振型。发现振动变形较大位置出现在转子工作区域和泵体出油口位置。将固有频率与转子啮合频率、发动机激振频率、转轴偏心振动频率进行对比,发现不会产生共振。通过模态试验,得到摆线转子泵的试验频率与仿真结果具有较好的一致性,验证了仿真结果的可靠性。为摆线转子式机油泵系统的振动特性分析,减振降噪和结构优化设计提供了依据。     

某型产品振动试验夹具优化设计

根据该型产品振动试验条件及有关振动环境试验夹具设计规范,在分析该型装置结构和试验平台性能的基础上,基于UG三维软件进行夹具的实体建模,并利用ANSYS有限元软件对其进行了模态分析,得到夹具的固有频率和振型。从夹具的固有频率、振型和响应位移等仿真数据(夹具上各点的"能量"放大云图)分析夹具的不足,并依此对夹具结构进行优化设计。     

基于ABAQUS的盾构滚刀模态分析及优化

针对复合地层盾构施工引起的振动导致盾构刀具损坏的问题,以实际工程的盘形滚刀为例,利用ABAQUS有限元分析软件建立了刀具模型。仿真得到了刀具模态分析结果,包括刀具在各阶模态下的固有频率、振型及刀具的变形特征。与锤击模态试验法得出的结果对比,验证了仿真的可行性。通过改变刀轴和刀圈的直径参数对刀具进行优化,提高了刀具的固有频率,改善了刀具的抗冲击振动性能。     

某风扇振动破坏的有限元模态分析及试验验证

针对某海洋平台天然气往复压缩机组中高压电机外风扇破裂问题,对风扇进行有限元振动模态分析,计算其固有频率和振型,同时通过试验模态测试验证了计算结果。模态结果表明,试验模态测试与有限元计算结果吻合良好;风扇1阶固有频率与转速3倍频接近,3阶固有频率与6倍频接近,容易引起低阶共振,且表现为弯曲和扭转的复合振动模态,是导致风扇破裂的主要原因。谐响应结果表明,风扇应力集中区域与风扇出现裂纹位置一致。