轮轨激励下北京地铁头车车外噪声预测理论研究

论文摘要

地铁的噪声特性是衡量地铁质量的一个重要指标,在列车车身设计中,声学舒适性是必须要考核的要素。为预测轮轨激励下的车外噪声问题,论文对以下几方面进行了深入研究。通过将车体、构架、轮对模化为多刚体系统,钢轨处理成由有限间隔的离散轨枕支承的无限长Timoshenko梁,建立了地铁头车—轨道耦合动力学模型,以轮轨不平顺作为激扰谱,计算了整车的振动响应,获取了二系空气弹簧与车体接触处在三维空间内的振动载荷。结果表明:轨道不平顺在垂向和横向引起的激励载荷幅值较大,而在纵向引起的激励载荷幅值较少。一系纵向定位刚度对平稳系数影响较大,建议一系纵向定位刚度取为5MN/m。一系横向定位刚度对列车运行平稳性的影响很小,对脱轨系数的影响较大,建议转向架一系横向定位刚度应取为4MN/m。将谐振分析所得的头车壁板的表面振动位移作为激励条件,求出了头车司机室、乘客室外声压在不同频率点的声压分布,并计算了相应的噪声量级。结果表明:司机室外的A声压级在56.6489～68.3541 dBA变化,乘客室外的A声压级在57.0114～69.4445dBA变化。距离车体愈远,噪声愈小,并且基本成直线规律衰减。司机室外A声级最大的场点距走行轨中心线7.5m、车底1.2m、司机室端墙2.6m,其大小为61.5207dBA,在激励频率30Hz时,司机室端墙对该场点噪声的贡献最大,声学贡献系数为62.2%;在激励频率200Hz时,车头曲面对该场点噪声的贡献最大,声学贡献系数为87.6%。乘客室外A声级最大的场点距车底1.2m,走行轨中心线7.5m,乘客室尾部端墙3.9m,其值为60.91dBA。在激励频率30Hz时,乘客室端墙对该场点噪声的贡献最大,声学贡献系数为76.9%;在激励频率200Hz时,车顶第5块板对该场点噪声的贡献最大,声学贡献系数为47.19%。当地铁头车以60km/h的速度运行时,轮轨总辐射噪声主要分布在中心频率为500Hz～4000Hz的一个较宽的频率范围内;钢轨辐射噪声主要分布在中心频率为500～4000 Hz的较宽的频率范围内;车轮辐射噪声主要分布在中心频率为1250～4000 Hz的中、高频范围内。从二者对总噪声的贡献来看,钢轨是主要的辐射源,车轮次之。轮轨、钢轨、车轮的辐射总声压级分别为86dBA,85dBA,81dBA。钢轨辐射的总声压比车轮的辐射总声压级大4dBA左右,钢轨、车轮的辐射总声压对轮轨的辐射总声压贡献分别为87.5%、12.5%。通过改进车轮结构来降低轮轨噪声,难以取得理想的效果。必须采取措施,降低钢轨表面粗糙度,才能使头车车外噪声降低到80dBA。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究意义
• 1.2 铁路客车噪声源分析
• 1.3 轮轨噪声计算理论研究进展
• 1.4 轮轨噪声控制方法研究进展
• 1.4.1 轨道结构
• 1.4.2 车辆结构
• 1.5 轮轨激励下列车噪声计算方法概况
• 1.5.1 边界元法
• 1.5.2 统计能量分析法（SEA）
• 1.6 本课题的主要研究工作及研究思路
• 第二章 北京地铁头车车身结构有限元模型
• 2.1 头车车身结构有限元建模时的处理技巧
• 2.1.1 有限元模型材料参数及梁结构的处理
• 2.1.2 对壁板厚度的处理
• 2.2 头车车身有限元模型的建立
• 2.2.1 白车身有限元模型
• 2.2.2 整车有限元模型
• 2.3 小结
• 第三章 轨道不平顺作用下北京地铁头车动载荷计算
• 3.1 车辆系统的动力学理论
• 3.1.1 车辆动力学计算原理
• 3.1.2 车辆蛇行运动稳定性
• 3.1.3 车辆运行平稳性
• 3.1.4 动态曲线通过性能
• 3.2 轨道不平顺作用下北京地铁头车动载荷计算
• 3.2.1 Simpack的动力学仿真环境
• 3.2.2 头车多体系统的动力学模型
• 3.2.3 轨道激励
• 3.2.4 计算结果讨论及分析
• 3.3 TC车一系悬挂参数优化
• 3.3.1 动力学性能评定标准
• 3.3.2 一系纵向定位刚度对车辆动力学性能影响
• 3.3.3 一系横向定位刚度对车辆动力学性能影响
• 3.4 小结
• 第四章 北京地铁头车司机室室外的声学响应分析
• 4.1 边界元法声学计算的控制方程
• 4.2 头车司机室声学边界元模型
• 4.3 载荷处理
• 4.4 头车司机室室外声学响应结果分析
• 4.4.1 司机室室外声压最大点位置的确定及声级变化规律
• 4.4.2 距走行轨中心线7.5m处司机室外噪声的变化规律
• 4.5 头车司机室室外噪声声学贡献度分析
• 4.6 小结
• 第五章 北京地铁头车乘客室室外的声学响应分析
• 5.1 头车乘客室室外声学响应结果分析
• 5.1.1 乘客室室外声压最大点位置的确定及声级变化规律
• 5.1.2 距走行轨中心线7.5m处乘客室外噪声的变化规律
• 5.2 头车乘客室室外噪声的声学贡献度分析
• 5.3 小结
• 第六章 北京地铁轮轨滚动噪声的统计能量分析
• 6.1 轮轨振动噪声统计能量分析模型及其在AUTOSEA中的实现
• 6.1.1 轮轨振动噪声统计能量分析模型
• 6.1.2 轮轨振动噪声统计能量分析模型在AutoSEA中的实现
• 6.2 轮轨滚动噪声频谱及其与运行速度、传播距离间的关系
• 6.2.1 轮轨滚动噪声频谱
• 6.2.2 轮轨滚动噪声与运行速度间的关系
• 6.2.3 轮轨滚动噪声与传播距离间的关系
• 6.3 小结
• 第七章 研究结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读工程硕士学位期间主要的研究成果