基于准零刚度的浮置板轨道低频振动控制研究

摘要

随着城市轨道交通的不断发展，人们的出行日益便利，随之而来的振动噪声问题也愈发突出。列车运行时，列车动荷载引起的低频振动会对沿线的居民、建筑物及建筑物内的精密仪器等造成不良影响。目前，钢弹簧浮置板轨道结构在众多减振措施中的减振效果最好，但对低频振动的隔振效果较差。浮置板轨道基频越小，减振效果越好，同时，基频附近的振动放大现象也愈明显。针对浮置板轨道低频振动放大的现象,本文将准零刚度隔振理论应用于改进浮置板轨道低频隔振设计中，研究车辆动荷载下准零刚度浮置板轨道的低频隔振性能。　　基于准零刚度系统隔振原理，建立了单自由度准零刚度浮置板系统模型，研究了单自由度准零刚度系统的静力特性及动力特性，采用谐波平衡法分析了在简谐激励下系统的主共振响应及力传递率，并通过调节准零刚度结构的几何参数，使系统表现出不同的刚度特性，分析了结构参数对系统非线性动力特性的影响。　　运用车辆－轨道耦合动力学理论，建立了地铁列车-准零刚度浮置板轨道的垂向耦合动力学模型，数值仿真分析了地铁车辆－准零刚度浮置板轨道耦合系统在不同刚度特性下的非线性振动响应特征，并与传统钢弹簧浮置板轨道的减振性能进行了对比分析，最后对不同刚度特性下的准零刚度浮置板轨道的低频隔振性能作出了综合评价。　　结合遗传算法对准零刚度隔振器参数进行了优化分析。确定了准零刚度隔振器的优化目标函数及设计变量，编制Matlab优化分析程序对准零刚度隔振器参数进行了优化。经仿真计算，得到了优化后的准零刚度浮置板轨道在列车动荷载下的动力学响应，并与传统浮置板轨道的振动响应进行对比，分析了其低频隔振性能。结果表明，与传统钢弹簧浮置板轨道相比，优化后的准零刚度浮置板轨道在传统浮置板轨道固有频率10Hz处支承层振级降低6.6dB；同时，在1~8Hz和10~200Hz频段内的支承层振级均有所降低；浮置板位移最大值为2.14mm，相较于传统浮置板的最大值增加0.11mm；轮重减载率最大值变化不大，且均未超过动态轮重减载率限值；在不影响车辆运行安全性的情况下，兼具了良好的减振性能和较小的振动位移。

目录

声明

第 1 章绪论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1浮置板轨道的国内外研究现状

1.2.2 准零刚度隔振器的国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第 2 章单自由度准零刚度浮置板系统非线性力学特性

2.1 单自由度准零刚度系统模型及静力特性分析

2.2 单自由度准零刚度系统动力学特性分析

2.3 单自由度准零刚度浮置板系统动力特性分析

2.3.1 系统的主共振幅频特性

2.3.2 系统的力传递率

2.4 本章小结

第 3 章基于准零刚度的车辆-浮置板轨道耦合动力学模型及振动评价指标

3.1 地铁车辆系统动力学模型

3.1.1地铁车辆系统垂向动力学物理模型

3.1.2地铁车辆系统振动方程

3.2 准零刚度浮置板轨道动力学模型

3.2.1钢轨物理模型及其振动微分方程

3.2.2准零刚度浮置板动力学模型

3.3 轮轨相互作用原理

3.4 数值积分方法

3.5 振动评价指标

3.5.1 加速度有效值

3.5.2 振级

3.6本章小结

第 4 章列车荷载作用下准零刚度浮置板轨道低频振动控制分析

4.1 动力学计算参数

4.1.1 地铁车辆计算参数

4.1.2 浮置板轨道结构参数

4.2 轨道不平顺

4.3 不同工况下非线性刚度分析

4.4 动力仿真计算结果分析

（1）浮置板轨道加速度

（2）浮置板轨道振级

（3）浮置板轨道位移

（4）隔振器支反力

4.5 本章小结

第 5 章基于遗传算法的准零刚度浮置板轨道参数优化

5.1 优化算法介绍

5.2 优化设计

5.2.1 目标函数

5.2.2 设计变量

5.3 参数优化结果

5.4 本章小结

结论及展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及研究成果

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