基于边界元法的高速铁路混凝土箱梁振动声辐射研究

论文摘要

随着高速铁路的迅速发展,其带来的噪声与振动问题也日益突出。桥梁结构噪声作为铁路噪声的一种,是列车通过桥梁结构时引起的“二次辐射”噪声。从频率范围来讲,桥梁结构噪声属于低频辐射噪声（<100Hz）,和轮轨噪声等其他铁路噪声相比,其在整个铁路噪声中所占的比重不大。但是低频噪声对人体有较大的危害,且目前针对桥梁结构低频噪声的减噪措施不多,因此对桥梁结构噪声的形成机理及减振降噪措施进行研究就显得十分必要。本文将车辆-线路-桥梁耦合振动理论与边界元方法相结合,以高速铁路常用的简支箱梁为研究对象,对其高速列车作用下的桥梁结构振动及低频辐射噪声进行研究。主要研究内容如下：1)回顾了铁路噪声问题的研究现状与研究方法,对结构振动辐射噪声的数值分析方法如有限元法、边界元法及统计能量法进行了总结。2)提出了将车辆-线路-桥梁耦合振动理论与边界元方法相结合计算桥梁结构低频噪声的数值分析模型。推导了基于格林公式的适用于无限域声场计算的边界积分方程。简要介绍了车辆-线路-桥梁耦合振动理论的分析方法。给出了基于车-线-桥理论与边界元方法的桥梁振动声辐射基本假设与计算流程3)以32m简支箱梁为研究对象,采用西南交通大学开发的车-线-桥耦合动力分析软件BDAP2.0及商用边界元软件,对其动力特性、列车作用的梁体动力响应及周边辐射噪声声压级情况进行了数值计算。4)对影响桥梁结构噪声的可能因素如声屏障、列车速度、墩身高速、地面等进行参数分析,得到了这些因素与桥梁结构噪声间的定性影响关系。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 概述
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 问题的引出
• 1.1.2 铁路噪声源组成
• 1.1.3 研究的必要性
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 试验及分析理论
• 1.2.2 桥梁噪声数值计算
• 1.3 结构振动声辐射数值分析方法研究概述
• 1.4 本文主要内容
• 第2章 桥梁结构噪声数值分析模型
• 2.1 声学基本概念
• 2.1.1 声波状态方程
• 2.1.2 声学评价量
• 2.2 车辆作用下桥梁结构动力响应求解方法
• 2.2.1 车辆动力学模型
• 2.2.2 轨道系统动力学模型
• 2.2.3 桥梁动力学模型
• 2.2.4 轮轨/桥轨相互作用关系
• 2.2.5 车线桥动力分析的数值方法
• 2.3 基于边界元法的结构振动声辐射计算
• 2.3.1 无限域问题边界积分方程推导
• 2.3.2 边界积分方程的数值求解方法
• 2.3.3 地面影响的考虑
• 2.4 桥梁结构振动声辐射计算基本假设与流程
• 2.4.1 基本假设
• 2.4.2 计算流程
• 第3章 高速铁路箱梁结构噪声预测
• 3.1 工程概述
• 3.2 有限元/边界元分析模型
• 3.3 动力仿真分析结果
• 3.3.1 动力特性
• 3.3.2 列车作用下桥梁动力响应
• 3.4 结构噪声数值预测结果
• 3.5 本章小结
• 第4章 高速铁路箱梁结构噪声参数分析
• 4.1 有无声屏障
• 4.2 车辆速度
• 4.3 墩身高度
• 4.4 地面影响
• 4.5 本章小结
• 结论
• 研究内容与结论
• 今后开展的工作
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果