有砟梯式轨枕轨道减振性能的理论分析与试验研究

为实验室铺设有砟、无砟两种梯式轨枕轨道,用自由落锤激励装置对两种梯轨减振性能进行对比研究。建立有砟梯轨、有砟普通轨道的数值模型,利用试验测试结果对模型进行验证。通过在模型中施加货运列车荷载对比两种有砟轨道减振性能。结果表明,有砟梯轨减振性能不及浮置式梯轨,在低频段有一定减振能力,20 Hz以下振动经道砟平均衰减25 dB,对控制重载货运列车环境振动具备潜在优势;梯式轨枕对分散列车冲击振动、降低时域内峰值有明显优势。     

梯式轨枕轨道模态试验分析

梯式轨枕轨道已成为控制地铁列车振动的有效措施之一,但枕下减振垫板的铺设形式如何影响梯式轨枕轨道的动力性能尚没有展开系统研究。该文通过多输入多输出模态测试方法,分析了枕下减振垫板的三种铺设方式对梯式轨枕轨道动力特性的影响。分析得出：现有的枕下减振垫板铺设方式,具有最小的一阶自振频率33Hz。单侧铺设10块枕下减振垫板的梯式轨枕轨道,具有最大的一阶阻尼比4.2%。三种枕下减振垫板铺设方式,梯式轨枕轨道前6阶阻尼比都具有先减小后增大的规律,一阶振型都沿轨道中心线对称。单侧铺设5块和7块枕下减振垫板的梯式轨枕轨道,二阶振型都沿轨道中心线反对称,和单侧铺设10块枕下减振垫板的梯式轨枕轨道正相反。分析结果为梯式轨枕轨道的工程应用提供了参考。     

减振轨道结构对地铁车内振动与噪声的影响

本文针对减振轨道结构车内振动与噪声比较明显的现象,对国内某一地铁线路不同轨道结构下的车内振动与噪声进行了现场测量与分析。试验结果表明,Z计权方式下的钢弹簧浮置板轨道减振结构的车内垂向与横向振动分别比普通轨道结构高7.46dB和0.57dB,A计权方式下的车内噪声相比增加9.71dB;GJ-32扣件型减振轨道结构的车内垂向与横向振动分别比普通轨道结构高4.94dB和2.88 dB,车内噪声增加8.71dB。通过对试验数据的倍频程和FFT的分析发现,车内的低频噪声主要是出现在钢弹簧轨道结构上,400Hz～700Hz的中频噪声主要出现在GJ-32型减振扣件轨道结构上。由此得出结论,减振轨道结构是导致车内振动与噪声异常的一个重要因素。     

蚁群算法耦合LS-DYNA梯式轨枕轨道动力特性优化

为研究枕下减振垫材料密度和弹性模量对梯式轨枕轨道动力特性的影响,提出连续函数蚁群算法耦合LS-DYNA动力有限元程序的方法。首先利用连续函数蚁群算法程序,优化设计变量;其次,调用LS-DYNA动力有限元程序,对优化参数后的有限元模型进行计算;最后,将LS-DYNA动力有限元程序计算得到的结果反馈给连续函数蚁群算法程序。利用该方法,研究得出：在可取的材料参数范围之内,梯式轨枕轨道枕下减振垫最佳材料密度为620 kg/m3,最佳弹性模量为6.25×106 N/m2。将优化后的枕下减振垫用于地铁运营线,基底台座1 Hz~80 Hz频段加权VLz减小6.5 dB。因此认为,连续函数蚁群算法耦合LS-DYNA方法优化梯式轨枕轨道动力特性有效。     

应用复合减振器的梯形轨枕提高轨道的减振效果

为了分析使用金属橡胶-碟簧复合减振器的梯形轨枕轨道对地表及建筑物的减振效果以及地表振动传播规律,将地铁对沿线的振动影响问题简化成平面应变问题,利用ABAQUS有限元软件建立建筑物—地铁隧道—土层二维有限元模型。把仿真计算得到的道床加速度作为模型激励,研究使用复合减振器与普通线性减振垫的梯形轨枕轨道,对环境的振动影响差异,对复合减振器的减振效果做出评价。研究使用复合减振器的梯形轨枕轨道引起的地表振动传播规律。结果表明,相对于线性减振垫,金属橡胶—碟簧复合减振器可以提升减振效果,具有替换减振垫的可行性;得出地铁列车作用下的地表振动特性,并与文献结论做比较,证明模型的合理性。     

地铁钢轨波磨对轨道结构振动及减振特性影响

现场调查某地铁线路上普通短轨枕、先锋扣件和钢弹簧浮置板三种轨道的钢轨波磨特征,并分别进行振动测试,研究钢轨存在波磨时,三种轨道结构的振动特性及减振效果。结果表明:三种轨道结构都是内轨波磨明显,外轨表面不平顺幅值相比内轨都很小,可以忽略不计其影响;波磨主波长频率成分很容易在轨道各零部件(包括隧道壁)振动中激发出来,并且会引起较大幅值的振动;在4 Hz~200 Hz频率范围内,波磨激励下的减振型轨道依然具有良好的减振性能,但是与其最初设计用于的减振效果相比,有明显的下降;先锋扣件轨道短波长波磨会削减隧道壁在高频段的减振效果;钢弹簧浮置板轨道的波磨幅值显著,虽然对其隧道壁的减振效果影响不明显,但是会造成钢轨振动增加。     

梯形轨枕轨道振动特性研究

为了探明梯形轨枕轨道在地铁车辆作用下的振动特性,利用车辆-轨道合动力学理论建立了地铁车辆和梯形轨枕轨道系统振动模型,假设车辆模型为多刚体系统,钢轨模型为无限长两端绞支离散支撑的Euler梁,用有限长两端自由的Euler梁模拟离散弹性支撑的梯形轨枕,利用显式积分法求解车辆-轨道非线性动力学方程,计算分析了梯形轨枕轨道在地铁车辆作用下的振动特性,讨论了轨道系统的振动与列车运行速度之间的相关性。研究结果表明:梯形轨道具有良好的减振性能,可以减小基础的动反力;随着地铁车辆速度的增加,钢轨和轨枕的垂向振动有所增大,而横向振动变化不明显。轮轨力随着车速的升高而增加。     

弹性轨枕轨道振动特性研究

弹性轨枕轨道是目前城市轨道交通运用较为广泛的轨道类型,钢轨是弹性轨枕轨道主要的振动和声辐射结构,通过研究钢轨的振动特性能够为控制振动和辐射噪声提供相关数据指导。在频域角度研究弹性长轨枕和弹性短轨枕轨道钢轨的垂向振动特性,分析不同轨枕结构及结构参数对钢轨垂向振动的影响,包括轨枕支撑刚度,轨枕质量以及轨枕尺寸对钢轨垂向振动的影响。结果表明：弹性轨枕轨道轨枕结构及结构参数的改变只会影响钢轨的0-400Hz范围内的垂向振动特性。     

地铁减振轨道建设和选型工作的探讨

根据哈尔滨地铁建设的实际经验,并结合我国近年来轨道隔振工程实践和相关规范修订工作中出现的新情况,对减振轨道选型、设计、建设工作进行反思。提出今后减振轨道选型、设计、建设的改进思路和方向,包括重视各种轨道减振措施对设计施工使用的特殊要求,重视其使用的可靠性,养护维修的便利性,并加强减振轨道现场测试工作。以大量的测试工作为基础,纠正现有使用和评价的误区,进而指导将来的选型和设计建设工作。     

地铁产生的环境振动及轨道结构减振分析

以南昌地铁1号线八一广场段为工程背景,对轨道-隧道-大地的三维有限元模型进行动力学分析。分别建立三种道床模型：整体道床、弹性支承块道床和钢弹簧浮置板道床。以振动加速度、1/3倍频程振动加速度级和Z振级作为评价指标,比较不同轨道结构下隧道壁及地面的振动响应。随之减振道床支承刚度的变化,分析道床的自振频率对减振效果的影响。计算表明：列车引起的地面振动主频在40 Hz附近;减振道床的自振频率对减振效果有较大影响;钢弹簧浮置板道床减振效果明显优于弹性支承块道床。     

阻尼层厚度对结构阻尼性能的影响

通过分析比较，选用基于模态应变能理论的有限元分析方法。首先验证了方法的精确性，对于算例，前五阶结构固有频率平均误差为0.020，模态损耗因子平均误差为0.112。进而以阻尼层厚度为变量，对被动振动控制结构的两种典型形式——自由阻尼结构和约束阻尼结构，进行动态力学性能研究，研究结果表明：阻尼层厚度从0.2 mm增加到1.5 mm，两种阻尼结构的固有频率降低，损耗因子提高；相比之下，自由阻尼结构的减振性能更为依赖阻尼层厚度，即对于较小的阻尼层厚，约束阻尼结构的减振性能更为优异。     

混凝土纵向围堰拆除爆破减振措施及效果研究

提出了混凝土纵向围堰拆除爆破一种新的减振措施,即“预先形成减振带、靠近保护对象区域的炮孔底部设置柔性垫层”的减振措施。通过理论分析和数值仿真计算表明,减振带的设置,增强了对爆破应力波的反射作用,从而产生隔振效果,减振效果达到75％以上。研究成果成功运用于东坪水电站和株溪口水电站混凝土纵向围堰拆除爆破工程中。     

薄膜超材料减振特性研究

根据薄膜超材料共振耗能机理,设计并制备了薄膜减振超材料样品。利用振动测试系统对薄膜超材料减振特性进行了试验研究。结果表明,1.3 mm厚的薄层材料可实现对控制对象9 dB的减振效果,所设计的超材料结构厚度小,减振效果佳。     

钢轨波磨对地铁轨道振动特性影响研究

某城市地铁线路使用科隆蛋扣件,波磨现象严重。为了研究钢轨打磨对轨道振动的影响,分别在钢轨打磨前后对同一轨道断面进行振动测试。同时在该断面打磨后换装上部自锁式双层非线性扣件,并对其进行振动测试,对比分析科隆蛋扣件与上部自锁式双层非线性扣件的减振效果。测试结果表明：打磨之后有效地控制了钢轨波磨,打磨后的振幅显著低于打磨之前,其中低轨垂向的减振效果最好,达到了9.2 dB;打磨之后新安装的上部自锁式双层非线性扣件对钢轨波磨发展有明显抑制作用,其减振效果与科隆蛋扣件大致相当。     

地铁车轮多边形磨损对浮置板轨道振动特性的影响

车轮多边形磨损是地铁车辆运营过程中经常出现的现象,该现象易导致车辆和轨道结构发生异常振动。针对国内某地铁线路,在现场测试车轮多边形磨损状态基础上,通过测试对比有、无车轮多边形磨损的车辆通过地铁线路减振式钢弹簧浮置板道床段和非减振普通整体道床段时的轨道振动加速度,研究地铁车轮多边形磨损状态对轨道振动大小和减振特性的影响。结果表明：调查的地铁线路列车车轮存在13 阶～17 阶多边形磨损,其粗糙度平均水平为21.3 dB re 1 μm;当存在车轮多边形磨损的列车通过浮置板轨道时,钢轨、弹条、轨枕、道床、隧道壁测点的垂向振动加速度均方根值分别为105.09 m/s2、154.41 m/s2、13.04 m/s2、8.16 m/s2、0.028 m/s2,与无车轮多边形磨损列车通过时相比,振动水平分别增大了137.5 %、145.3 %、105.4 %、111.9 %、75.0 %。车轮多边形磨损对浮置板轨道的道床板及其以上部件振动水平的影响比对普通整体道床轨道的更显著,对浮置板轨道隧道壁振动的影响则小于对普通整体道床轨道隧道壁的影响。存在车轮多边形磨损的车辆通过浮置板轨道时,通过频率为61 Hz～104 Hz,易激发轨道的整体垂向弯曲共振模态,引起道床板振动幅值过大。在运行列车有、无13 阶～17 阶多边形磨损时,钢弹簧浮置板轨道减振量分别为29.33 dB和35.11 dB,车轮多边形磨损的存在降低浮置板轨道的减振效果。     

嵌入式轨道弹性材料特性对钢轨振动与声辐射的影响

嵌入式轨道是一种普遍用于城市轨道交通减振降噪的轨道结构,该种轨道的钢轨埋置在高分子弹性材料中,只有轨头露出表面,所以高分子弹性材料是嵌入式轨道结构起到减振降噪作用的重要部分。利用轮轨滚动声辐射理论和有限元—边界元法,建立嵌入式轨道模型,调查高分子弹性材料弹性模量对嵌入式轨道结构振动声辐射的影响。在轮轨激励作用下,计算轨道结构的振动和声辐射响应,分析轨道结构辐射噪声的频谱规律。通过改变弹性材料的弹性模量,对比轨道结构振动沿纵向的衰减效果和沿横向的衰减效果,分析高分子弹性材料弹性模量对轨道结构减振特性的影响。     

阻尼材料对铁路车轮振动特性的影响分析

为控制铁路车轮的振动和噪声辐射,在车轮辐板位置粘贴阻尼材料,并采用模态叠加法分析其对车轮频率响应的影响。首先在有限元软件ANSYS中建立普通车轮和阻尼车轮的有限元模型,模型中同时考虑阻尼材料阻尼的频变特性,采用Block lanczos法计算0~10 000 Hz内两种车轮的固有频率和振型,然后根据模态计算结果,采用模态叠加法计算车轮0~5 000 Hz内的频率响应,分析车轮的固有模态和导纳特性。研究结果表明:阻尼材料层的使用对车轮的振型不会产生较大的影响,仅使车轮各阶模态的共振频率略有下降。车轮不同位置在不同激励作用下响应的主要贡献模态各有不同。阻尼材料的使用对轮辋及踏面的振动影响较小。但无论是在径向激励或者轴向激励的情况下,阻尼车轮辐板的轴向振动明显低于普通车轮,在车轮主要的噪声辐射频段(1 000 Hz以上),阻尼材料的抑制作用尤其明显,在对车轮噪声贡献最大的模态(1节圆和径向模态耦合)频率处,振动可以平均降低15 d B以上。     

减振器非线性阻尼对车身振动的影响分析

利用改进的非高斯闭合法，通过计算讨论了汽车在路面谱激励下，减振器非线性阻尼对车身振动加速度均方根值，车轮与路面间相对动载荷及悬架穿越频率的影响规律，通过与试验结果对比，证明计算结果和所得结论正确。     

轨道交通减振扣件对列车稳定性影响对比测试

为研究GH-1轨道交通新型减振扣件对列车稳定性的影响,进行轨道行车稳定性试验,测试列车通过不同轨道减振扣件区时转向架及车厢的横向和垂向振动加速度,与现行国际规范及国家标准规定的列车运行安全性和平稳性指标进行对比,并比较分析列车在不同扣件区的振动加速度响应。结果表明,列车通过GH-1新型轨道减振扣件区时,列车安全性和平稳性能够满足标准规定的限值,且车体的横向和垂向振动响应以及转向架的横向振动响应相对于列车通过国内常用的DT系列某型号扣件区时更小,列车稳定性更好。该结果对GH-1轨道交通新型减振扣件的使用安全具有参考价值。