基于有限元法的轮轨振动检测的研究

论文摘要

铁路运输是我国主要的交通运输方式之一,随着国民经济的发展,列车运行速度也随之提高,同时导致列车振动的加剧,这也决定了其相应的噪声特点。振动与噪声是相同的物理现象,是弹性波在不同介质中传播的两个方面而已,振动的频率和强度决定其影响效果。本课题在研究轮轨振动噪声的基础上,利用有限元分析法结合ANSYS软件在频率域建立轨道以及轮轨耦合作用的垂向动力学有限元模型。仿真结果证明该方法是十分有效的,为以后研究钢轨的不平顺性、判定钢轨的寿命以及为设计合理的防振减噪措施提供科学的、原始的现场实测数据。对建立的钢轨有限元模型进行模态分析,通过分析有碴轨道的振动辐射噪声特性,得出钢轨振动时的敏感区域。以铁路有碴轨道轮轨垂向耦合系统为分析对象,建立轮轨垂向和轨道子系统的力学模型,通过仿真研究对比了不同轮轨模型的计算精度和适用范围,研究有碴轨道三种模型的振动特性和辐射噪声特性。研究探讨了轨道振动的参数设置,其对钢轨的屈服等效应力及塑性形变有影响,引起钢轨的振动,带来辐射噪声。重点研究建立无碴轨道在频率域的力学模型,得到钢轨和轨道板的振动位移公式；通过仿真计算,对于双块式无碴轨道而言,有限元模型的钢轨动柔度及振动衰减率都优于解析梁模型,而对于板式无碴轨道,钢轨振动响应几乎不受垫片以下支承结构的影响,轨道板及其支撑部件的设计参数仅对轨道板的振动响应产生影响；考虑轨道上载荷幅值和相位的差异,由于板下砂浆层刚度较大导致其影响主要局限在轨道板上。预测不同的轨道辐射噪声,通过与已有的轮轨噪声TWINS（Track-Wheel Interaction Noise Software,轮轨噪声预测软件）模型对比分析,充分证明了建立的预测模型的有效性。从噪声源及传播途径提出了一些防治噪声的措施,研究结论可以为以后的工程设计及施工提供参考理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 轮轨振动的研究背景及意义
• 1.2 课题的国内外研究现状
• 1.2.1 铁路振动噪声的国内外研究现状
• 1.2.2 有限元分析的国内外研究状况
• 1.3 本课题的主要工作
• 2 轮轨振动模型及辐射噪声特性
• 2.1 轨道振动
• 2.1.1 轨道振动模型
• 2.1.2 轮轨振动响应
• 2.1.3 轮轨振动的传递和衰减
• 2.2 轮轨振动的声辐射特性
• 2.3 小结
• 3 轮轨振动参数及扳道振动分析
• 3.1 轮轨各参数直接的相互关系
• 3.1.1 载荷变动
• 3.1.2 动载荷变动
• 3.1.3 约束变动
• 3.2 轨道的力学模型分析
• 3.2.1 双块式无碴扳道的力学模型分析
• 3.2.2 板式无碴轨道的力学模型分析
• 3.3 不同无碴轨道的振动特性分析
• 3.3.1 双块式无碴轨道振动特性分析
• 3.3.2 板式无碴轨道的振动特性分析
• 3.4 小结
• 4 铁路轮轨振动辐射噪声分析
• 4.1 轮轨相互作用力的计算与分析
• 4.1.1 作用力的计算方法
• 4.1.2 仿真结果分析
• 4.2 轨道振动能量和辐射声功率
• 4.2.1 计算方法
• 4.2.2 预测结果与分析
• 4.3 轮轨噪声分析模型验证
• 4.4 铁路噪声的相应防治措施
• 4.4.1 降低铁路噪声源
• 4.4.2 传播途径及受声点方面的措施
• 4.5 小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果