地铁典型无砟轨道中高频建模及声振特性分析

摘要

随着经济的快速发展与城市建设的不断推进，地铁路网逐渐趋于完善，地铁无砟轨道因易于建设、维修较少和全生命周期成本低等优点而得到了广泛应用。由于人们对地铁乘坐舒适性与地铁线路附近居住环境的要求不断提高，对地铁振动噪声控制的要求也越来越高，而地铁轨道振动特性与地铁轮轨声振特性的预测为控制振动噪声问题的主要环节，因此建立合理地铁无砟轨道分析模型显得尤为重要。目前，对轨道模型的建立及其声振特性的研究较为丰富，而不同建模方法对轨道系统的声振特性影响，以及在不同轨道参数下建模方法的适用性研究相对较少。由于在建模初期选择适当的模型建立方法可以在保证计算精度的同时节约计算成本，因此对不同建模方法的适用性探究显得尤为重要。　　本文首先建立了由钢轨、扣件系统、轨道板与板下支承四部分组成的地铁典型无砟轨道声振特性预测模型，通过分析得出不同建模方法对轮轨振动声辐射的影响以及在不同声振建模关键影响因素下的适用范围。论文主要研究内容如下：　　(1)本文首先针对地铁典型无砟轨道建立了轮轨系统振动声辐射特性分析模型。其中对于轨道系统，基于周期结构理论建立了地铁无砟轨道振动特性预测模型，对于轨道具体组成部分，分别介绍了采用Timoshenko梁理论模型与2.5维有限元模型的钢轨建模方法，以及采用薄板模型与实体轨道板模型的轨道板建模方法。并根据结构声辐射理论，建立了在粗糙度引起的轮轨力激励下的轮轨声辐射模型。　　(2)基于本文建立的地铁典型无砟轨道轮轨系统振动与声辐射模型，讨论了典型轨道参数下，地铁无砟轨道系统中钢轨与轨道板采用不同建模方法对轨道系统振动特性与轮轨系统声辐射特性预测的影响。　　(3)针对地铁轨道建模的关键影响因素，基于(1)中建立的地铁典型无砟轨道振动特性预测模型，分析轨道结构参数对轨道振动声辐射特性的影响，以及采用不同轨道参数时不同建模方法的适用范围。基于建立的无砟轨道模型的振动特性预测结果，对比分析了轨垫刚度、钢轨阻尼特性、钢轨截面形状变化时，不同钢轨建模方法下钢轨振动特性预测结果的差异，并讨论Timoshenko梁钢轨模型与2.5D有限元钢轨模型的适用范围；同时分析了在不同轨道板几何尺寸与支承刚度下，不同建模方法对轨道板振动特性计算结果的差异，以及轨道板薄板模型与实体有限元模型的适用范围。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 地铁典型无砟轨道中高频声振建模理论

2.1 钢轨振动

2.1.1 Timoshenko 梁模型

2.1.2 2.5D有限元模型

2.2 轨道板振动

2.2.1 实体模型

2.2.2 薄板模型

2.3.1 车轮振动

2.3.2 轮轨相互作用

2.3.3 轮轨声辐射模型建立

2.4 本章小结

第3章 地铁典型无砟轨道中高频声振建模分析

3.1.1 钢轨振动

3.1.2 轨道板振动

3.2 轮轨声辐射

3.3 本章小结

第4章 中高频声振建模关键影响因素

4.1.1 轨垫刚度

4.1.2 钢轨阻尼损失因子

4.1.3 钢轨截面特性

4.2 轨道板建模关键影响因素

4.2.1 支承刚度

4.2.2 厚度

4.3本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目

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