高速铁路减振型轨道结构功率流理论及其应用研究

摘要

列车引起的振动和噪声问题随着列车速度的提高愈发显著。高速铁路快速发展带来的振动与噪声问题，对人们的工作生活和野生动物的繁衍生息均产生了不利影响。在轨道结构中采用隔振措施，将有效减小环境振动，但却使轨道结构振动能量增加。振动能量在轨道结构中积聚可能引起轨道结构及部件伤损等问题，进而对高速铁路的运营、养护、维护产生极其不利的影响。本文以《成兰铁路环境敏感区域无砟轨道减振降噪性能研究》课题为背景，建立高速铁路减振型轨道结构功率流理论，将其应用于减振型双块式无砟轨道振动能量特性的研究，并提出了轨道结构振动能量的评价方法。 本文主要研究内容如下： 1.总结了轨道结构动力学在时域和频域方面的研究成果，概括了功率流方法和功率流模型的研究现状，提出了当前轨道结构动力学研究中存在的主要问题和不足。 2.将功率流理论应用于高速铁路减振型轨道结构振动能量特性的研究。以成兰铁路减振型双块式无砟轨道为例，分别建立了减振型轨道结构轨道谱功率流计算模型和导纳功率流计算模型，提出了减振型轨道结构的轨道谱功率流法和导纳功率流法，并建立了轨道结构振动能量的评价方法。 3.分析了减振型无砟轨道结构振动能量竖向传递机理。采用导纳功率流法，通过计算得到了在简谐荷载作用下减振型轨道结构的导纳功率流，分别探讨了路基上和桥上减振型无砟轨道振动能量的竖向传递特性，对比分析了设置减振垫的影响，以及轨道结构参数的影响。 4.揭示了减振型轨道结构振动能量重分布规律。研究减振型双块式轨道的导纳特性，并采用轨道谱功率流法计算得到减振型双块式轨道的功率流，分析轨道不平顺类型、行车速度和轨道结构参数等因素对轨道功率流的影响，着重探讨轨道不平顺作用下减振型无砟轨道振动能量的重分布特性。 5.将轨道结构振动能量用于实际工程问题研究。基于车辆-轨道-路基/桥梁耦合动力模型，采用导纳功率流法，分别分析中长波和短波不平顺激扰下，减振型轨道结构振动能量特性，并初步探讨了轨道结构振动对车轮多边形磨耗的影响。 6. 根据本文建立的减振型无砟轨道的振动能量评价方法，采用平均振动能量级和振动能量传递率指标对减振型双块式无砟轨道的振动能量进行评价。分析了设置减振垫和轨道结构参数对轨道结构振动能量传递与分布特性的影响，在此基础上提出了减振垫刚度和扣件刚度的建议值。

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摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 轨道结构动力学研究现状

1.2.1 轨道结构时域动力学研究现状

1.2.2 轨道结构频域动力学研究现状

1.3 功率流理论研究现状

1.3.1 功率流法研究现状

1.3.2 功率流模型研究现状

1.4 轨道振动能量研究与应用现状

1.5 当前研究存在的主要问题

1.6 本文主要内容及技术路线

第2章 减振型轨道结构功率流理论

2.1减振型双块式无砟轨道结构

2.2轨道谱功率流计算模型及方法

2.2.1 简谐荷载作用下的减振型无砟轨道模型

2.2.2 轨道谱功率流法

2.2.3 模型参数

2.3 导纳功率流计算模型及方法

2.3.1 车辆-轨道耦合动力模型

2.3.2 导纳功率流法

2.3.3 模型参数

2.4 减振型轨道结构振动能量评价方法

2.5 本章小结

第3章 减振型轨道结构振动能量竖向传递机理

3.1 减振型轨道结构振动能量竖向传递机理分析

3.2 路基上减振型无砟轨道振动能量传递特性

3.2.1 路基上减振型无砟轨道振动能量竖向传递特性

3.2.2 轨道结构参数对功率流的影响

3.3 桥上减振型无砟轨道振动能量传递特性

3.3.1 桥上减振型无砟轨道振动能量竖向传递特性

3.3.2 轨道结构参数对功率流的影响

3.4 本章小结

第4章 减振型轨道结构振动能量重分布特性

4.1 减振型轨道结构振动能量重分布特性

4.2 轨道结构导纳特性

4.2.1 钢轨pinned-pinned共振特性

4.2.2 路基上减振型双块式无砟轨道结构导纳特性及参数影响

4.2.3 桥上减振型双块式无砟轨道结构导纳特性及参数影响

4.3 轨道不平顺作用下减振型无砟轨道的轨道谱功率流

4.3.1 轨道谱选择

4.3.2 轨道不平顺作用下减振型无砟轨道的功率流

4.3.3 行车速度对轨道结构竖向振动能量的影响

4.3.4 轨道结构参数对振动能量重分布的影响

4.4 本章小结

第5章 轨道振动能量在工程问题中的应用

5.1 轨道振动能量对车轮多边形磨耗的影响分析

5.2 德国低干扰谱激扰下轨道结构功率流及其影响

5.2.1路基上轨道结构功率流及其影响

5.2.2桥上轨道结构功率流及其影响

5.3 短波不平顺激扰下轨道结构功率流及其影响

5.3.1 路基上轨道结构功率流及其影响

5.3.2 桥上轨道结构功率流及其影响

5.4 本章小结

第6章 减振型无砟轨道振动能量评价

6.1 减振型无砟轨道平均振动能量级

6.1.1 路基上减振型双块式无砟轨道平均振动能量级

6.1.2 桥上减振型双块式无砟轨道平均振动能量级

6.2 减振型无砟轨道振动能量传递率

6.2.1 路基上减振型双块式无砟轨道振动能量传递率

6.2.2 桥上减振型双块式无砟轨道振动能量传递率

6.3 本章小结

第7章 结论与展望

7.1 本文主要结论

7.2 进一步研究的建议

致 谢

参考文献

攻读博士学位期间发表的学术论文