高速列车铝型材声振特性测试及等效建模

通过试验测试和仿真分析系统地研究高速列车地板铝型材的声振特性.使用混响室-混响室方法在声学实验室测试铝型材的频率隔声量;使用半功率带宽法、行波法测试铝型材的阻尼损耗因子;使用模态计数法获得铝型材的模态密度;使用声强扫描法测试铝型材的辐射声功率.基于混合有限元-统计能量分析(FE-SEA)方法建立地板铝型材的声振特性仿真预测模型,并与试验结果进行对比分析.基于统计能量分析(SEA)原理,提出在中高频范围使用单层板对铝型材的声振特性预测进行等效建模的方法.仿真结果表明,通过将地板铝型材的SEA参数赋值于单层板子系统,可以有效模拟其在中高频的声振特性.相关研究成果可为高速列车铝型材的声学性能优化以及复杂结构的声学等效建模方法的探索提供参考.     

高速列车车轮材料研究的综述

介绍了欧洲和日本高速列车车轮用钢研究与发展,综述了国内高速列车车轮用钢选用方面的研究成果.舍碳量约为0.5%并添加少量微合金元素的试验钢具有良好的强韧性和抗剥离性能,适合我国高速列车车轮用钢.     

高速列车车轮多边形化对车辆动力学性能的影响

采用车轮圆周轮廓法建立比传统等效轨道激扰法更准确的车轮多边形化模型,假设车轮型面不发生变化,车轮半径沿圆周方向发生改变.只考虑车轮周期性多边形不圆顺,且同一轮对上的2个多边形车轮不存在幅值和相位的差异,建立车辆-轨道耦合系统动力学模型,计算高速运营状态下周期性多边形的车轮振动响应、轮轨垂向力等动力学指标.结果表明:车轮多边形化会使车体振动响应增大,影响乘坐舒适性;车轮多边形化还会引起较大的轮轨垂向力,甚至当不圆顺幅值为0.5mm时,会出现轮轨相互瞬时脱离的现象,且同等条件下幅值对车辆系统动力学性能的影响比谐波阶数更为显著;针对高速列车车轮多边形化的动态特征,提出轮轨垂向力来划定其安全区域.在京津实测线路上,得到不同车速下,1、2、3和4阶车轮多边形化的幅值限制值分别为1.0、0.4、0.4和0.3mm.     

列车车轮辐射声场的有限元法-边界元法研究

为探索车轮在轮轨表面粗糙度激励下的振动辐射声场特征,利用有限元法-边界元法相结合的方法,完成了建立车轮和轨道的三维有限元模型,根据有限元法分析其结构振动模态和位移导纳特性,通过声学边界元软件Virtual.Lab对车轮辐射声场及真实激励下辐射声功率级进行预测研究.结果表明:轮轨接触点处车轮径向导纳变化剧烈,在计算频率范...     

列车车轮滚动噪声的频域特性研究

为探究轮轨表面粗糙度激励下车轮的振动辐射声场特征,采用有限元法-边界元法相结合的方法,建立车轮和轨道的三维有限元模型.分析了其结构振动模态和位移导纳,并通过声学边界元软件LMS Virtual.Lab建模,对车轮辐射声场与真实激励下辐射声功率级进行预测研究.结果表明,轮轨接触点处车轮径向导纳变化剧烈,在计算频率范围内自...     

高速列车过双线隧道气动效应及列车风特性

为加深对隧道内气动效应和列车风特性的认识,采用RNGκ-ε湍流模型模拟高速列车偏心通过隧道全过程,应用滑移网格技术模拟列车高速运动,对列车通过时隧道内的气动效应及列车风进行研究.通过将数值计算结果与现场试验结果进行对比,验证了数值方法的准确性.研究表明:隧道入口处气动压力变化规律与隧道内有很大差别;列车两侧对称测点的最...     

高速列车风道消声器传声特性

为了抑制空调系统对高速列车车内噪声的影响,在风道内设置阻抗复合消声器,量化分析传声特性是高速列车低噪声设计的重要内容. 基于有限元-统计能量分析（FE-SEA）混合法建立某高速列车风道消声器传声特性分析模型,对80~3 150 Hz频率区段的风道消声器传声特性进行预测计算. 采用声学有限元法建立风道消声器声学模态分析模型,针对传递损失的峰值和谷值所在的频率区段,计算风道消声器声学模态,解释传递损失峰/谷值的成因. 从提升声学性能的角度,结合工程实际情况,对风道消声器进行设计方案优选. 结果表明：风道消声器具有良好的降噪作用,声学模态振型特性是传递损失峰/谷值的成因;消声器阻性特性对传递损失的影响最大,通过吸声选材优选可以最大提高传递损失18.0 dB;消声器抗性特性影响相对较小,通过吸声包数量和位置的优选可以最大提高传递损失4.1 dB;考虑阻抗复合优选方案,最高可以提高风道消声器传递损失18.6 dB.     

周期加筋及条形阻尼对薄板声辐射特性的影响

采用有限元和边界元的算法,对薄板采用不同的加筋及条形阻尼的处理方式进行了仿真计算。结果表明：薄板采用单向及双向加筋的处理方式,能有效减小结构的模态密度,降低低频结构声辐射,但对于中高频段的结构声辐射并没有起到降低的作用;通过加单向和双向条形阻尼的处理方式,能在全频段内有效降低结构声辐射,但由于整体结构刚度较小,其降低结构声辐射的效果有限;而薄板采用混合加筋及条形阻尼的处理方式,其降噪效果最为明显。     

高速列车车轴-轴承温度特性及弛缓机理

针对高速列车运行过程中的车轴-轴承普遍存在的弛缓现象,从温度角度揭示弛缓产生机理,并给出预防措施。采用ABAQUS软件对工作条件下轴-轴承温度特性有限元建模,并仿真分析轴承各部件在不同车速下不同的温升情况,结合材料膨胀系数测试试验和温升与轴承内圈膨胀量关系试验的方法,得出车轴、轴承内圈的膨胀量与温度的匹配关系。仿真和试验结果表明:在温升的作用下,车轴-轴承内圈的过盈量会出现一定程度的减小。最终获得温升对车轴-轴承内圈过盈量的影响规律,揭示弛缓产生的机理并从过盈量和温度两个角度给出指导参数。     

重载列车轮对过盈配合面应力分布特性研究

重载列车运行过程中,轮对过盈配合面应力分布不均匀且呈周期性变化,直接影响轮对过盈配合面的微动磨损以及微动疲劳寿命。首先利用有限元软件ABAQUS建立了轮对模型,模拟不同工况下轮对在轨道上运动一周的过程。利用Matlab软件提取模拟结果中相应数据,分析了在不同过盈量、轴重以及角加速度情况下轮对以及各应力分量轴向和周向分布的影响规律,得到以下结论:重载列车运行过程中,轮对过盈配合面外端应力比内端应力大100 MPA左右。过盈配合面径向应力、切向应力比轴向应力大5倍左右,轴向应力仅为径向应力、轴向应力的1/3左右;过盈量与轴重对轮对过盈配合面切向应力影响比较显著,外侧与内侧切向应力差值最大可达到150 MPa。     

柴油机机体声辐射模态特性分析

本文首先从结构振动模态理论的角度，论述了结构振动与声辐射之间的基本耦合关系，提出声辐射模态的有关理论，用结构的声辐射模态参数来表征结构本身的固有声辐射特性。兢后将该理论应用于柴油机机体的声辐射特性分析。     

突风下高速列车气动特性数值模拟

近年来,随着高速铁路建设快速发展以及列车速度大幅提高,列车空气动力学问题变得更加重要.特别是在突风环境下,列车的运行工况更加恶化,列车的安全运行面临新的挑战.采用流体分析方法探讨了突风下行驶在双线高架桥上风向的高速列车的气动特性.数值模拟结果表明,在加速度变化时刻产生明显的突风效应,横向突风对整车的侧向力影响明显,而对阻力和升力的影响相对较弱.通过对气动力系数中压差产生项以及粘性产生项各自的贡献量分析,可为下一步采取措施提高抗突风能力提供工程参考.     

高速列车转向架雪粒沉积特性数值研究

为了揭示高速列车转向架表面的雪粒沉积分布,建立基于临界捕获角度和临界剪切速度的雪粒沉积模型,采用拉格朗日方法模拟雪粒在气流中的运动,研究转向架表面的雪粒沉积特性. 研究结果表明,转向架构架底部、抗蛇行减振器、后轮对中间制动夹钳、牵引拉杆、抗侧滚扭杆区域为雪粒易堆积部位;转向架后部区域垂向面、前部区域水平面、角落区域黏附率高;无论是积雪量,还是黏附率,都是以转向架中部横梁区域为最大;各部件平均积雪量由高到低依次为：牵引拉杆、构架、摇枕、二轴制动夹钳、抗侧滚扭杆、一轴制动夹钳、横向减振器、二轴轴箱、一轴轴箱、空气弹簧、抗蛇行减振器、踏面清扫装置,其中牵引拉杆、构架、摇枕、夹钳2的平均积雪量比其他部件高出约1倍,二轴制动夹钳的平均积雪量比一轴制动夹钳高出约1倍;当临界捕获角度为30~60°时,临界捕获角度的变化对部件总的积雪量影响较小.     

横风速度对单线高架桥上高速列车气动特性影响

为了节省宝贵的土地资源,高架桥结构在现代高速铁路建设中被大量采用,在高架桥上行驶的高速列车随着合成风向角的变化,其气动特性呈规律性变化,以此采用计算流体力学方法来研究横风速度变化对高速列车气动特性的影响.通过合理划分网格、选取合适的湍流模型、设置正确的边界条件来提高数值计算精度,模拟结果表明：随着横风速度的增加,头、尾车阻力明显增加,头车上的侧翻力矩也明显增加;没有横向风时由于单线高架桥的对称结构,高速列车基本不受侧向力作用.     

行驶环境对高速列车侧风运行气动特性影响

在环境侧风下,不同路况高速列车的空气动力特性会影响列车的安全舒适运行.通过数值模拟方法,探讨行驶环境对高速列车侧风运行气动特性的影响.计算结果表明:3种路况下头车、中间车和尾车的气动六分力系数均不相同,特别是路堤路况下的各节车的侧向力系数均明显大于平地和高架桥路况.而在平地和高架桥路况下,尾车受到的侧向力远比头车和中间车的小,且方向为逆侧风方向.这种差异性,主要是由于不同路况下列车的绕流流场发生了显著变化所致;因此,在研究高速列车空气动力特性时,要综合考虑不同路况下的差异性,才能够全面评估高速列车气动特性.     

高速列车横侧风下的气动力特性研究

在侧风作用下,高速列车的空气动力学性能发生显著改变。基于3维非定常不可压缩流动的Navier-Stokes方程,采用LES湍流模型和有限体积法,对CRH2动车组以250、300和350 km/h的速度在28.4 m/s侧风环境中运行的流场结构和气动力进行了动网格的动态数值模拟计算。结果表明:侧风下运行时,列车的背风面存在着复杂的多旋涡涡系,旋涡由列车底部和顶部交替卷起,不同车速时的流场结构均相似;背风面旋涡的破裂造成列车尾车侧力的强烈振荡,对列车的运行安全有很大影响。     

声屏障高度影响列车气动特性的数值研究

基于计算流体力学方法,对双线高架桥声屏障高度影响高速列车空气动力特性进行数值研究,将声屏障分为6种不同高度,且分析时基于以下工况：不考虑横向风情况,列车运行时速为200 km.通过对列车所受气动力分析发现,中间车的气动六分力系数以及头、尾车阻力系数对声屏障高度变化均不敏感;声屏障高度只是对头、尾车的升力系数产生影响,且表现出一定的规律性;头车上的负升力随声屏障高度增加而缓慢增加,而对于尾车,随着声屏障高度增加,其正升力先增加,而后逐渐减小.     

浅海中圆柱壳的声辐射特性分析

根据声学边界元理论,本文在考虑海面和吸声海底的声反射作用基础上,对格林函数进行修正,建立波导域声辐射模型,并分析了浅海中圆柱壳的声辐射特性。研究发现吸声和刚性海底边界条件下圆柱壳的辐射声场有明显差别;可采用波导中点源格林函数预测圆柱壳的声辐射特性。结果表明边界反射作用随着圆柱壳离开海面或海底而减弱,随着场点离开圆柱壳而增强;且水深方向上声压呈周期性波动,其周期规律与海底边界类型无关。本文用声学点源的辐射叠加原理解释研究现象的产生机理,可为工程应用提供理论参考。