支座刚度对高铁箱梁结构声辐射影响分析

随着箱梁结构在高速铁路中的广泛应用,其引起的结构振动和噪声问题日益受到关注。本文以京沪高速铁路32m简支箱梁为研究对象,首先建立高架轨道箱梁结构声学计算模型,该模型利用一1/10缩尺模型的仿真与实测结果验证,再通过建立高速列车-轨道耦合动力学模型计算作用箱梁结构上的作用力,并以此作为荷载边界条件施加于箱梁有限元模型上,计算箱梁结构的振动响应。最后,将箱梁结构振动响应作为声学边界条件,采用间接边界元法分析支座刚度对箱梁结构声辐射衰减规律的影响。研究结果表明：在3种不同刚度支座条件下,梁体声功率辐射影响主要集中在1～48Hz,支座刚度越大,声功率辐射值及峰值越小。箱梁最大声压级主要集中在1～20Hz;各场点声压级变化与声功率变化趋势较为接近;三种支座在相同场点的声压级变化趋势较为接近,但支座刚度越大,声压级越小;在同一场点,支座刚度越大,声压级峰值越小。在48～100Hz内,支座刚度值对梁体的声功率辐射及场点声压级大小影响不大。     

高铁板式轨道区段箱梁结构噪声辐射分析

利用Simpack软件建立高速列车-轨道耦合动力学模型,计算在轨道不平顺谱激励下的轮轨垂向力,以此作为载荷边界条件施加到高架箱梁结构的有限元模型。计算了高架箱梁表面的振动响应,并利用箱梁结构振动响应作为声学边界条件。进而又采用间接边界元法对其进行声辐射分析。研究结果表明,利用板壳单元,采用有限元—边界元方法能够有效计算混凝土简支箱梁结构的振动噪声,主要集中在0~200Hz的低频段,峰值主要出现在中心频率16Hz、25Hz与80 Hz~100Hz;横向声场的声压级随着距离的增加而减小,频率越低越明显;垂向声场的声压级整体上随离地面距离的增加而增大,其中远场区域的声压级在低于31.5Hz的频段内变化不大,在80 Hz~100Hz频段内箱梁结构对其附近及上方区域的结构噪声大于其它区域,尤其是箱梁正上方。     

混凝土箱梁相似模型面板声学贡献对比分析

以京沪高铁32m混凝土简支箱梁为研究对象,制作了1∶10的缩尺模型,通过自由模态测试验证了缩尺箱梁有限元模型的正确性。对箱梁有限元模型分析验证,建立了箱梁原型与缩尺模型两种计算模型。分别对两种模型进行简单加载,将各自振动响应作为声学边界条件,求得两种模型的结构噪声。同时,基于面板声学贡献分析理论,分别对两种模型的声压贡献与声功率贡献进行对比分析,研究发现:两种模型的声功率辐射曲线幅值相同、变化趋势一致,对应面板在对应频率处的声功率贡献分布和对应面板在对应频率处的贡献系数高度吻合,对应面板在对应频率与对应场点处的声压贡献分布也高度吻合。文中采用的方法和得到的结果对箱梁相似模型声学贡献分析和桥梁结构振动与声辐射实验研究具有参考作用。     

急救车车厢内部噪声仿真分析与优化

基于多体系统动力学理论、有限元和边界元方法,使用多种仿真软件建立车身结构有限元模型、整车刚柔耦合系统模型和车厢声学边界元模型,对路面不平度和发动机振动两种激励进行模拟,计算了这两种激励条件下20～150 Hz频率范围内车厢内各场点的A计权声压级。以降低多个场点声压级峰值为目标,综合考虑车厢壁板对各场点声压级峰值的声学贡献度大小和正负性质,对不同壁板组合进行阻尼减振降噪处理,最终确定最佳阻尼降噪方案。结果表明：场点声压级峰值的大小和频率分布与激振力能量的频率分布有关,粘贴阻尼材料在降低噪声的同时,也会改变声压级的频率分布。降噪措施能普遍降低车厢内乘员耳旁的声压级。     

基于声传递向量法的槽形梁结构低频噪声研究

轨道交通槽形梁结构在列车动载作用下会辐射低频噪声,这种低频噪声对人体健康危害很大。以轨道交通30 m的简支槽形梁为研究对象,基于车辆-轨道耦合动力学模型,利用有限元法计算了列车荷载作用下槽形梁的振动响应,再利用声传递向量法分析了槽形梁结构辐射噪声及其特性,最后对槽形梁结构各板件的噪声辐射贡献进行了研究。分析结果表明:轨道交通槽形梁底板的垂向振动速度振级和腹板的横向振动速度振级的峰值频率均为63 Hz,且底板的垂向振动响应是最大的。槽形梁结构噪声的线性声压级的峰值频率在63 Hz附近,且当频率为63 Hz时,槽形梁结构噪声的辐射范围最广,衰减得最慢。槽形梁结构噪声辐射的主要区域在梁体的正上方和梁体的正下方,且梁体正上方的结构噪声要大于正下方。槽形梁底板对结构噪声的贡献量是最大的,其次是腹板,翼缘板对槽形梁结构噪声的影响很小。     

簇绒地毯织机结构声辐射特性研究

为进行簇绒地毯织机结构声辐射特性研究,首先建立簇绒地毯织机主织造机构的有限元模型,以实际测量得到的振动速度信号作为激励,计算主织造机构加速度响应;然后,利用 LMSVirtual.LabAcoustics软件建立地毯机主织造机构和工作空间的声学边界元模型,以加速度响应作为声学边界条件,采用直接边界元法计算主织造机构的声辐射噪声;随后,采用间接边界元法进行工作空间与玻璃耦合的复合声场的噪声计算,分析其声场分布特性并计算工人人耳处场点声压级;最后,实验测得工人作业处场点声压级,其结果表明：对簇绒机主织造结构表面的噪声来说,主轴位置处的噪声值较高,声波辐射具有一定的指向性,并且随着频率升高,工作空间中的声场分布逐渐均匀,工人作业处的噪声值较高。     

基于声学灵敏度的槽形梁结构参数影响分析

为研究槽形梁结构参数对结构噪声的影响,基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立轨道交通槽形梁的有限元模型,并计算列车荷载作用下槽形梁结构振动响应,采用间接边界元法计算分析轨道交通槽形梁结构噪声特性。最后再利用有限差分法计算槽形梁结构-声学灵敏度,分析槽形梁底板厚度、腹板厚度和翼缘板厚度对不同声场场点的线性声压级在不同频率处的影响。研究结果表明:轨道交通槽形梁结构噪声的峰值频率在31.5 Hz~80 Hz之间。加厚底板有利于控制桥梁附近小范围内的结构噪声,对远场点的噪声无能为力;加厚腹板会增大近场点的最大声压级,但对远场点噪声具有一定的降噪作用。而且加厚底板和加厚腹板对在100 Hz以上频段场点声压的影响比较小,翼缘板厚度对槽形梁结构噪声的影响也很小。     

地铁齿轮箱振动与噪声计算分析

运用结构有限元法和声学有限元法，对地铁某型号齿轮箱振动与噪声问题进行计算分析。建立齿轮箱三维有限元模型，采用结构有限元法计算齿轮箱模态频率和振动响应。建立齿轮箱外声场三维有限元模型，导入齿轮箱振动响应结果作为声学边界条件，并采用无限有限元法计算了辐射声压级。     

簇绒地毯织机结构振动声辐射特性研究

为进行簇绒地毯织机结构声辐射特性研究,首先建立簇绒地毯织机主织造机构的有限元模型,以实际测量得到的振动速度信号作为激励,计算主织造机构加速度响应;然后,利用LMS Virtual.Lab Acoustics软件建立地毯机主织造机构和工作空间的声学边界元模型,以加速度响应作为声学边界条件,采用直接边界元法计算主织造机构的声辐射噪声;随后,采用间接边界元法进行工作空间与玻璃耦合的复合声场的噪声计算,分析其声场分布特性并计算工人人耳处场点声压级;最后,实验测得工人作业处场点声压级,其结果表明:对簇绒机主织造结构表面的噪声来说,主轴位置处的噪声值较高,声波辐射具有一定的指向性,并且随着频率升高,工作空间中的声场分布逐渐均匀,工人作业处的噪声值较高。     

扣件刚度频变特性对轮轨振动噪声的影响

基于车辆-轨道耦合动力学理论和声学理论,建立了考虑扣件刚度频变特性的轮轨滚动噪声频域分析模型。模型中,通过车轮有限元分析获得其模态特征向量,建立考虑车轮弹性的动力学方程;钢轨视为由刚度随频率变化的扣件离散支承的铁摩辛柯梁模型;通过等效线性化轮轨接触形成轮轨耦合动力学频域分析模型;将轨道粗糙度作为输入并考虑接触区滤波,计算得到了车轮和钢轨的振动响应频谱及声辐射功率频谱,并分析了扣件刚度频变特性对轮轨垂向振动以及轮轨滚动噪声的影响。结果表明,扣件刚度的频变特性对钢轨导纳特性、轮轨相互作用力频谱、钢轨总声功率影响明显,而对车轮总声功率影响较小;与扣件常刚度模型计算结果相比,钢轨振动沿纵向传播的衰减率增大,钢轨声辐射功率在100~1 250 Hz频段明显减小,轮轨总辐射声功率约减小2.4 dBA,轮轨噪声辐射声压预测值与试验结果对比表明,频变刚度模型可有效修正常刚度系数模型对轮轨噪声的过高估计。     

螺旋桨激励水下壳体振动噪声数值研究

为真实模拟壳体噪声的激励源特性,建立螺旋桨-轴系-壳体耦合系统有限元模型,以CFD计算得到的螺旋桨非定常载荷作为激励源,采用模态叠加法计算耦合系统强迫振动响应;分别以桨叶表面偶极子声源和耦合系统表面振速作为边界条件,采用声学直接边界元法计算螺旋桨直接辐射噪声和耦合系统振动噪声。数值计算结果表明:两种噪声的声压级都随螺旋桨转速的增加而增大,其中振动噪声增幅较小;耦合系统振动噪声声压级随轴承刚度的增加而增大;两种噪声的声压级在量级上较为接近,在频谱及声压分布上具有各自的特征,在预报耦合系统水下辐射噪声时应综合考虑两种噪声的影响。     

轮轨激励下高速列车头车乘客室室内的声学响应研究

建立了某高速列车头车－轨道的耦合动力学仿真模型、车身的有限元模型、乘客室的声学边界元模型,计算出了由轨道不平顺引起的乘客室内的噪声分布状况,得出了如下结论：当列车运行速度为200km/h时,乘客室内的A声级在61.9～69.6dBA之间变化;乘客室内A声级较大的场点在40Hz、200Hz频率处的声压级较大;要降低乘客室内的噪声,必须对总声级起决定作用的频率段（40Hz、200Hz）采取措施。针对40Hz的低频噪声,最好修改乘客室的底部结构或采取减振措施,以减少底板的振动幅度;针对200Hz的中频噪声,则宜在声学贡献最大的面板上采取阻尼降噪措施。     

箱梁桥顶板对钢弹簧浮置板声辐射的影响

桥上铺设钢弹簧浮置板减振轨道虽然可以减弱桥梁结构的振动,但因自身振动有所增大,其振动噪声有可能反而加剧。此外我国轨道交通中主要采用混凝土桥,由于混凝土桥具有很大的刚性,导致桥上轨道结构的声辐射并非在自由声场中传播,进而影响轨道结构的声辐射。因此通过建立列车-钢弹簧浮置板减振轨道-箱梁桥耦合动力学模型和浮置板声学边界元模型,在计算桥上长钢弹簧浮置板振动声辐射特性的基础上,进一步考虑箱梁桥顶板的反射作用,对这一声学边界条件作用下的浮置板结构声辐射问题进行探究,相关研究则更加符合客观实际情况。研究结果表明混凝土桥对浮置板自身的声辐射有很大的影响;在研究轨道结构的声辐射问题时,有必要详细考虑混凝土桥对其声辐射的影响,这样才能更加准确地分析轨道结构的振动声辐射特性。     

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。     

弹性支座对简支箱梁桥振动特性的影响及隔振效果研究

以32 m简支箱梁桥为原型,以10∶1为几何缩尺比,设计制作了简支箱梁桥的相似模型,并依据弹性力相似律推导了原型桥与模型桥间的相似关系,之后对原型桥与模型桥的有限元模型进行模态分析,以及开展模型桥的模态试验,通过模态数据对比验证了相似模型桥的可靠性。在此基础上,通过锤击试验,研究了不同竖向刚度的弹性支座对箱梁振动特性的影响,并探讨了弹性支座在箱梁桥上部结构与桥墩间的隔振效果。结果表明:在20～200 Hz的中高频段范围内,支座刚度变化会对箱梁跨中的结构振动产生一定的影响,但影响很小;振动由顶板传递至翼板的过程中衰减慢,其次是腹板,振动由顶板传递至底板的过程中衰减最快;简支箱梁桥上部结构与桥墩间设置弹性支座可有效降低墩顶的振动,且支座刚度的大小对弹性支座的隔振效果影响很大,同时弹性支座在不同频率下的隔振效果差异较大。     

扣件刚度与阻尼对铁路箱梁车致振动噪声的影响研究

为了探明扣件刚度和阻尼对箱梁结构噪声的影响,基于车-线-桥耦合振动理论和声学边界元理论,建立了箱梁结构噪声预测的混合有限元-边界元法,并进行现场试验验证。在此基础上,分析了扣件刚度与阻尼对32 m简支箱梁结构噪声的声场分布规律与频谱特性、轮轨相互作用力的影响规律。结果表明:混合有限元-边界元法能较好地预测箱梁结构噪声,结构噪声的峰值频段为40~80 Hz,噪声峰值频率主要受扣件刚度的影响;距地面1.2 m高,近轨侧10~40 m和40~100 m范围内的声压级衰减率为0.29 d B(Lin)/m和0.067 d B(Lin)/m;扣件刚度增加将显著降低梁侧声场的指向角,扣件刚度自10 MN/m增加到100 MN/m时,近轨侧30 m纵断面的声压级平均增加12.5 d B(Lin),结构噪声和轮轨力的峰值频率均从30 Hz同步增大到67 Hz;扣件阻尼比对梁侧声场的指向性影响较小,扣件阻尼比从0.062 5增加到0.5时,近轨侧30 m纵断面的声压级平均降低5.0 d B(Lin),结构噪声和轮轨力的峰值频率均保持不变。     

钢弹簧浮置板轨道对箱梁振动声辐射的影响研究

为探讨钢弹簧浮置板轨道对箱梁振动声辐射的影响,建立列车-轨道耦合振动频域模型,采用有限元法进行箱梁振动分析,并结合声学边界元法进行箱梁声辐射分析。以某城市轨道交通30 m简支箱梁的现场试验数据为依据,对所建模型进行了验证;在此基础上,对比了分别采用普通板式轨道和钢弹簧浮置板时的箱梁振动和噪声,并探讨了钢弹簧浮置板参数的影响规律;结果表明:仿真分析与测试结果吻合良好,箱梁振动声辐射主要集中在频率50～125 Hz;相比普通板式轨道,钢弹簧浮置板轨道可使得箱梁底板的总振级减小35.1 dB、底板附近的总声级减小24 dB;钢弹簧刚度是影响箱梁噪声的首要因素,其次是浮置板厚度,而浮置板长度和扣件刚度的影响很小;钢弹簧刚度每减小一倍,底板附近的总声级可降低5～6 dB;浮置板厚度每增加0.1 m,降噪量提高1～3 dB。研究结果可为箱梁桥上钢弹簧浮置板的参数选取提供依据。     

弹性边界条件下弹性基础加筋板声辐射特性研究

本文以弹性边界条件下弹性基础加筋板为例,将弹性基础刚度,边界刚度计入总体刚度矩阵,建立了加筋板声辐射计算模型。讨论了弹性基础刚度,弹性基础作用范围,局部弹性基础位置,边界旋转刚度,边界支持刚度等对加筋板辐射声功率的影响,得到一些有意义的结论,为实际结构的声学性能计算提供参考。     

弹性边界条件下弹性基础加筋板声辐射特性研究

本文以弹性边界条件下弹性基础加筋板为例，将弹性基础刚度，边界刚度计入总体刚度矩阵，建立了加筋板声辐射计算模型。讨论了弹性基础刚度，弹性基础作用范围，局部弹性基础位置，边界旋转刚度，边界支持刚度等对加筋板辐射声功率的影响，得到一些有意义的结论，为实际结构的声学性能计算提供参考。     

城市轨道交通槽型梁结构噪声计算与分析

该文用模态叠加法对城市轨道交通槽型梁进行车-轨-桥耦合动力计算,借助SYSNOISE求出模态声传递向量MATVs,进而用MATVs和梁的模态坐标响应计算桥梁的结构噪声。噪声计算值与实测值在频率分布和幅值上有较高的一致性,证明振动与噪声数值模型的可靠性。槽型梁结构噪声的线性声压级峰值频率为40Hz~80Hz,数值计算表明:动力分析只需考虑轮轨竖向接触即可满足结构噪声计算要求;考虑200Hz以下的声源激励和100Hz以下的结构模态作为边界条件可达到较好的噪声计算精度;调节轨下胶垫的刚度能有效减小结构振动,降低结构噪声2dB~3dB;声压级和车速有强线性关系。