基于车桥耦合的高架槽形梁结构噪声影响分析

为了探讨列车通过轨道交通高架槽形梁时诱发的结构噪声,以某拟建30 m轨道交通槽形梁为研究对象,建立车桥耦合系统振动分析模型以及槽形梁结构声辐射有限元/边界元模型。采用多体动力学软件Simpack建立列车的空间动力学模型,采用有限元软件Ansys建立槽形梁有限元模型,基于Simpack和Ansys相结合的联合仿真方法,获取轮轨激振力。在计算列车荷载作用下槽形梁结构振动响应的基础上,采用有限元-间接边界元耦合声学分析法,探讨底板厚度以及腹板高度对槽形梁结构噪声的影响。研究结果表明:底板厚度的增加可以降低槽形梁梁体正下方的结构噪声,但并非越厚越好,底板厚度对结构远声场有一定程度的影响,但降噪效果不明显;腹板高度的变化使槽形梁结构噪声辐射衰减方向有所改变,桥梁腹板两侧噪声辐射衰减速度较快;桥梁底板正上方的结构辐射噪声最强区域有缩小趋势;分析结果可为轨道交通槽形梁结构减振降噪优化设计提供一定的理论参考依据。     

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。     

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。     

基于响应面法的槽形梁结构噪声优化研究

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简支槽形梁为研究对象,基于车桥耦合分析模型,利用有限元法和边界元法计算槽形梁结构辐射声功率。将响应面法与辐射声功率计算相结合,建立了以槽形梁辐射结构噪声在分析频率范围内的总声功率级为目标及以槽形梁质量为约束的声学优化模型,再利用序列二次规划法进行求解,最终找出了槽形梁结构声学最优的截面尺寸。优化后槽形梁底板厚度为0. 34 m,腹板厚度为0. 22 m。计算结果表明,利用响应面法可以有效的对槽形梁进行声学优化,而且优化后的降噪效果还是比较显著的。     

腹板开孔的箱型梁结构噪声辐射特性分析

箱型梁结构在列车的动力作用下产生振动并引发低频噪声,这种低频噪声对人体健康危害很大。以单跨32 m轨道交通箱型梁为研究对象,分别建立腹板无孔与腹板开孔两种工况下的三维实体有限元模型;在计算列车荷载作用下箱型梁振动响应的基础上,采用有限元-边界元耦合声学求解方法,分析计算腹板开孔的箱型梁结构噪声辐射特性。结果表明:腹板开孔使箱型梁跨中顶板和底板的垂向振动均有所降低;腹板开孔使箱型梁结构噪声衰减方向发生改变,在梁体下方及远场点有较好的降噪效果,分析结果可为城市轨道交通箱型梁的结构减振降噪设计提供一定的理论参考依据。     

腹板参数对槽形梁结构噪声影响分析

为分析腹板参数对槽形梁结构噪声的影响,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和边界元模型,采用有限元法和间接边界元法计算分析列车荷载作用下的槽形梁结构噪声特性,最后又分析腹板厚度和腹板半径对槽形梁结构噪声的影响。分析结果表明:轨道交通槽形梁结构噪声的峰值频率在31.5 Hz至80 Hz之间;增加腹板厚度会增大近场点的最大线性声压级,但对远场点的噪声具有一定的降噪作用;增大腹板半径对近场点的结构噪声影响较小,但却会增大远场点的结构噪声。这可为轨道交通槽形梁的结构声学优化提供一定的理论参考。     

共振速度下轨道交通槽形梁结构瞬态噪声分析

为了进一步研究不同列车速度下的桥梁结构噪声问题,基于有限元-瞬态边界元理论,针对轨道交通30 m简支槽形梁,分析在共振、消振速度下桥梁的振动响应及结构声辐射特性。首先,建立槽形梁振动辐射瞬态噪声的有限元/边界元模型;然后,对简支梁在移动列车荷载下诱发的振动进行分析,得到列车荷载通过桥梁时的共振和消振速度;最终,结合声辐射理论,采用瞬态边界元法研究分析不同列车速度引起的桥梁瞬态噪声声场特性。研究结果表明:列车速度的变化引起桥梁结构的位移幅值出现波动性变化;桥梁结构的振动加速度幅值随着速度的增大而不断增大;桥梁结构辐射噪声的变化趋势与结构的振动加速度变化趋势有一定的相关性;当列车以共振速度通过简支桥梁时,结构动力响应值及辐射噪声值有放大趋势,在附近出现峰值;列车共振速度对桥梁结构的远声场瞬态噪声影响效果较为显著;应有针对性地控制列车速度以改善桥梁结构噪声。     

城市轨道交通槽型梁和箱梁低频声学性能比较与机理分析

用模态叠加法计算列车经过时的桥梁动力响应,借助Sysnoise用边界元法求出桥梁结构的模态声传递向量MATVs,进而由MATVs和桥梁的模态坐标响应计算桥梁的结构噪声。计算比较了轨道交通槽型梁和箱梁的结构噪声特性。计算表明:(1)相比单箱单室梁,单箱双室梁的结构噪声更小;(2)箱梁的声学性能优于槽型梁;(3)箱梁声学性能优于槽型梁的重要原因在于动力荷载作用下,箱梁的顶板和底板振动反相,顶板横截面中间部分和悬臂部分振动反相。因此,作为声源,反相振动叠加后一定程度上削弱了场点的总声压。(4)考虑降低结构低频噪声,相比槽型梁,轨道交通高架结构宜选用箱梁。     

列车荷载作用下U型梁振动与结构噪声分析

基于有限元统计能量(FE-SEA)混合法对列车作用下的城市轨道交通U型梁的振动及结构噪声进行了预测分析。结果发现:U型梁局部振动的加速度级明显大于其整体振动对应的加速度;其中,在低频区域翼板振动响应最大,高频区域则底板振动最大;U型梁各部分结构噪声声压级规律为:底板腹板翼板,其趋势与激励的幅值趋势基本一致,其中底板在各频段均起主要控制作用,因此U型梁主要的减振降噪频段应是作用在其上的轮轨力的优势频段,底板应为主要减振降噪对象;同时随着列车速度的增加,U型梁振动加速度与结构噪声在各频率都会增大,且其对振动加速度的影响要大于对声压级的影响,对高频区域影响大于低频区域;而U型梁的振动功率级损失不随速度的改变而变化,桥下场点及远场点的总声压级呈线性增大。     

混合FE-SEA模型预测箱梁低频噪声及试验验证

为了分析铁路混凝土箱梁的低频噪声,建立包含钢轨、无砟轨道结构和箱梁结构的混合FE-SEA预测模型,并采用现场试验数据进行模型验证。在此基础上,探讨了箱梁各板件的声贡献量和振动传递规律。结果表明:混合FE-SEA模型能够准确预测箱梁的振动及声辐射,并且具有极高的计算效率;箱梁底板、翼板和腹板的振动与噪声优势频段为40~63Hz,并在轮轨相互作用力最大的中心频率50 Hz处达到最大值;顶板、翼板和底板对远场噪声起主要作用,且前两者的声贡献量可达75%以上,应作为主要降噪对象;振动功率传递过程中,频谱特性保持不变,且峰值中心频率始终为50Hz,应作为减振降噪的主要频段;箱梁各板件振动能量的大小规律与其对远场声贡献量的大小规律一致。     

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。     

地铁小半径曲线段上列车车内振动测试与特性

列车行驶在小半径曲线段上时的振动加速度一般大于在同种轨道结构直线段上的值。为了研究在小半径曲线段上行驶时列车车内振动的频谱特性,选择半径为350 m的地下隧道区间进行测试,该区间内分布着钢弹簧浮置板整体道床、科隆蛋扣件和DT-III型扣件3种轨道结构。分析采用双面胶带、螺钉等多种传感器安装方式对测量结果的影响,采用DASP V11软件测量一天中3个不同时段车厢地板垂向和横向振动加速度,并进行Z振级和X振级分析。结果表明:半径为350 m的曲线隧道内,钢弹簧浮置板整体道床、科隆蛋扣件和DT-III型扣件3个区段上车厢地板振动对应的垂向振级峰值频率分别为8 Hz和63 Hz,3.15 Hz、8 Hz和63 Hz,50 Hz和100 Hz;横向振级峰值频率为63 Hz,63Hz,50 Hz和100 Hz;钢弹簧浮置板整体道床段和科隆蛋扣件段上车厢地板振动加速度大于其在DT-III型扣件段上的值。本次测试可为小半径曲线段上列车振动噪声问题提供一些减振降噪措施选择方面的参考,同时可为在小半径曲线段上车厢地板振动特性问题的研究提供支持。     

列车交会运行时简支箱梁与U梁振动特性分析

为探明列车交会运行时城市轨道交通简支箱梁与U梁的结构振动特性，为桥梁振动控制、结构选型提供理论依据，基于有限元和多体动力学方法，建立城市轨道交通三维车桥耦合模型，对比分析不同列车运行工况下简支箱梁和U梁的振动传递规律。研究结果表明:移动荷载作用下，桥梁结构振动响应以竖向为主，且随着速度增大而增大；列车单向运行与双向等速交会运行时箱梁结构局部振动频率基本相同，但单向运行时桥梁加速度响应幅值约为等速交会运行时的1/2，而等速交会时U型梁加速度响应幅值在部分频段内有一定衰减；进行箱梁振动控制时应重点关注腹板和翼板位置的竖向振动,而进行U梁振动控制时应重点关注底板处的竖向振动和翼板处的横向振动，列车交会频繁地段可增强箱梁底板和U梁中主梁底板处竖向振动控制；在对轨道交通中的高架桥梁选型时，宜根据现场实际工况进行结构稳定性和结构噪声影响等分析。     

成灌快铁线下桥式车站振动噪声实测与分析

以成灌快铁安德站为工程背景开展现场试验,实测了轨道梁、站台、候车大厅和办公室区域的振动加速度和声压,并对实测信号进行时域和频域分析。采用数值方法在频域内分析了轨道梁振动、桥墩动反力、站房振动和室内二次辐射噪声,并将计算结果与实测值进行对比。结果表明：当列车以速度190 km/h通过车站时,轨道梁振动的优势频段为40～80 Hz,竖向振动加速度峰值小于规范限值;办公室和候车大厅地面振动的优势频段为20～100 Hz,振级接近80 dB;站台处、办公室内和候车大厅内噪声的优势频段分别为300～2500 Hz、40～63 Hz和20～100 Hz,办公室内和候车大厅内的低频噪声远远超出身心舒适度限值;桥墩竖向动反力的优势频段为25～63 Hz,是引起办公室和候车大厅地面振动的主要原因;站房–土体耦合有限元模型和内部声辐射边界元模型可以较好地模拟站房振动及二次辐射噪声。     

地铁车辆经过不同轨道结构时对地面振动的影响研究

在列车正常运行条件下对某地铁曲线路段钢弹簧浮置板道床、科隆蛋和普通扣件轨道结构段的隧道壁振动和地面垂向振动进行现场测试,通过时域和频域分析对比地铁经过时不同轨道结构段振动从隧道壁传到地面以及地面垂向振动随距离的传播规律。结果表明:振动从隧道壁传至地面时200 Hz～500 Hz频段衰减较快,且地面垂向振动主频在100 Hz以内,隧道壁振动主频在300 Hz以内;钢弹簧浮置板道床和科隆蛋结构段的地面垂向振动随着离开线路中心线距离的增加而减小;在普通扣件结构段距线路中心线30 m左右处存在一个振动放大区;列车经过时轨道线正上方0～30 m范围内垂向振动的峰值频率主要在40 Hz至63 Hz。该测试方法和研究结果可为地铁线路设计提供相应参考。     

地铁小半径曲线段上列车车内振动测试与特性

摘 要：在地铁线路中,小半径曲线段的列车振动加速度一般大于同种轨道结构的直线段。为了研究小半径曲线段车内振动的频谱特性,选择了半径为350m的地下隧道区间进行测试,该区间分布着钢弹簧浮置板整体道床、科隆蛋扣件和DT-III型扣件三种轨道结构。分析了双面胶带、螺钉等多种传感器安装方式对测量结果的影响,采用DASP V11软件测量一天中三个不同时段车厢地板垂向和横向振动加速度,并进行Z振级和X振级分析。结果表明：半径为350m的曲线隧道内,钢弹簧浮置板整体道床、科隆蛋扣件和DT-III型扣件三个区段车厢地板振动对应的垂向振级峰值频率分别为8Hz和63Hz,3.15Hz、8Hz和63Hz,50Hz和100Hz;横向振级峰值频率为63Hz,63Hz,50Hz和100Hz;钢弹簧浮置板整体道床段和科隆蛋扣件段车厢地板振动加速度大于普通型扣件段。通过本次测试,为小半径曲线段振动噪声问题提供一些减振降噪措施选择方面的参考,同时为研究小半径曲线段车厢地板振动特性问题提供支持。     

不同行驶条件下轨道交通噪声频率特性比较研究

选取上海轨道交通1号线和明珠线,分别对地面段和高架段列车加速出站、站间匀速以及减速进站时的噪声进行了多次采样分析,结果表明：在不同行驶条件下,轨道交通辐射噪声的频率特性会有显著差异,在列车加速出站、站间匀速和减速进站时,地面段轨道交通辐射噪声1/3倍频程谱主峰频率分别为200Hz、125Hz和200Hz,次峰频率则分别为2500Hz、250Hz和3150Hz;高架段主峰频率均为63Hz,次峰频率则分别为630Hz、630Hz和2000Hz。为提高轨道交通两侧声屏障的降噪效果,应视其辐射噪声频率特性不同分路段进行设计。     

轨道交通地下站台低频结构噪声预测及其传播特性研究

该研究在对地下车站站台噪声现场试验及分析的基础上,通过对站台结构的精细化模拟,建立适用于站台结构振动辐射噪声分析的声场有限元模型,对轨道交通列车荷载作用下站台内低频结构噪声进行预测,分析了站台空间内低频结构噪声的声场分布特性,并从声模态的角度揭示了低频噪声传播机理。研究结果表明:地下站台低频噪声在50 Hz~85 Hz内存在显著峰值,主要来源于站台板的结构振动;低频结构噪声在站台不同平面位置的声压级水平表现出显著波动性,声压级大小在68.6 dB~80.4 dB,波动范围为12 dB;站台声腔敏感共振频率对低频结构噪声的影响显著,会显著放大车站低频结构噪声,改变声腔的高度可有效改善低频结构噪声对乘客的影响。     

城市轨道交通箱梁中高频振动导纳特性试验研究

以某城市轨道交通30 m混凝土简支箱梁为研究对象,开展现场锤击试验,对其中高频振动导纳特性进行了研究。结果表明:简支箱梁顶板和翼板导纳优势频段为中心频率80 Hz~125 Hz,峰值频率为100 Hz;腹板和底板导纳优势频段为中心频率63 Hz~100 Hz,峰值频率为80 Hz。随着距离激励点距离的增大,箱梁各板件的中高频振动导纳逐渐减小,作用在箱梁上的力对距离激励点L/4(L为桥梁跨度)以外的梁段影响很小。简支箱梁各截面的形式沿纵桥向变化不大,因而各截面的中高频振动特性也差别不大。箱梁各板件导纳峰值频率重合可能引起板件共振,增大板件振动和噪声辐射。增大简支箱梁各板件厚度能够抑制其中高频振动,有利于减振降噪。     

基于薄片有限元-无限元耦合模型的地铁列车振动环境影响分析

鉴于地铁运营引发隧道及地层沿线路纵向的振动水平及特性不甚明确,应用薄片有限元-无限元耦合模型对地铁列车运营引发隧道基底、隧道壁及地表在垂直于线路的水平方向、铅垂方向及线路纵向三个方向上的振动响应进行高精度分析及比较。分析结果表明:(1)地铁列车运营引发横向、垂向及纵向三个方向6 Hz以下的低频振动在地表均衰减得极其缓慢,且地表三个方向的振动速度、加速度响应具有相似的频率成分;(2)列车运营引起隧道壁的纵向振动响应在1~100 Hz频段内较小,在该频段内的大部分频率点处,其响应甚至小于地表的纵向振动响应;(3)在隧道基底及隧道壁,由列车运营引发的纵向振动响应在1~100 Hz频段以内显著小于由其引发的垂向振动响应,但在地表,由列车运营引发的纵向振动响应具有同横向、垂向响应相当的量值。