颗粒阻尼器特性及其在车轮减振降噪中的应用研究

摘要

高速铁路运输系统的迅速发展在方便人类出行的同时，却也造成了严重的振动噪声污染，给人们的正常生活造成了极大困扰。而颗粒阻尼器以其对振动件改动小，大幅度提高振动件阻尼，恶劣环境仍能正常工作，宽频带减振效果好等优点而被广泛应用。故本文针对颗粒阻尼器特性进行了分析研究，并结合高铁车轮振动声场分析，设计开发了减振降噪效果优良的车轮颗粒阻尼器。
　　基于离散单元法及碰撞力学研究了颗粒阻尼的耗能特性，分析了颗粒之间及颗粒与容器壁之间的非弹性碰撞摩擦耗能作用，确定了对颗粒阻尼耗能产生影响的主要因素。
　　利用粉体力学分析了外界激励、阻尼器形状特征等对颗粒阻尼器减振性能的影响。并以此为基础，测试了软颗粒碰撞、软硬颗粒混合碰撞、颗粒材料、直径等对颗粒阻尼器减振性能的影响，验证了理论分析正确性的同时，总结了各种因素对颗粒阻尼器减振性能的影响规律，并确定了颗粒阻尼器安装位置、填充率、颗粒直径等参数的最优值。
　　对车轮模态进行了分析及测试，研究发现车轮径向模态与其1节圆2节径以上轴向模态的高度耦合作用是其产生滚动噪声的主要原因。同时对车轮外界激励下的振动声场特性进行了研究，确定了车轮振动最为剧烈的位置。并且研究发现，车轮振动能量主要集中在中高频，同时得到了车轮辐射声场的分布规律及其与车轮振动响应的对应关系。最后对车轮划分板块进行声学贡献量研究，确定了对车轮辐射声场贡献量较大的位置分别为其辐板及踏面。研究发现，针对性的控制车轮中高频的振动能够更加有效的达到减振降噪效果。
　　根据理论分析及实验研究结果，结合车轮振动声场特性研制出车轮颗粒阻尼器，并对其减振降噪效果进行了测试。结果显示本文所设计的车轮颗粒阻尼器对车轮1600Hz~5000Hz内的振动与噪声的抑制效果非常显著，其能够分别降低空轮径向及轴向噪声达16.28dBA、14.74dBA，相比于现有车轮阻尼环在径向及轴向分别具有2.85dBA及2.49dBA的降噪优势。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 颗粒阻尼国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 颗粒阻尼耗能特性分析

2.1 颗粒物质特性

2.2 基于离散单元法的颗粒阻尼耗能研究

2.3 本章小结

第3章 颗粒阻尼器减振性能分析及试验研究

3.1 颗粒阻尼器耗能及减振性能研究

3.2 颗粒阻尼器设计

3.3 悬臂梁设计及有限元分析

3.4 颗粒阻尼器减振性能试验测试

3.5 颗粒阻尼器减振性能测试结果与分析

3.6 本章小结

第4章 车轮振动声场特性分析

4.1 车轮有限元模型的建立

4.2 车轮模态分析

4.3 车轮振动响应分析

4.4 车轮声场特性分析

4.5 本章小结

第5章 车轮颗粒阻尼器减振降噪性能试验研究

5.1 车轮颗粒阻尼器设计

5.2 试验测试原理

5.3 车轮颗粒阻尼器减振降噪测试结果分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

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致谢