随机振动下受流器/第三轨接触振动及噪声研究

摘要

城市轨道交通的蓬勃发展给人们的生活带来了便利的同时，也给城市带来了日益严重的振动噪声环境污染问题。而从近年地铁运营发现，地铁受流器与第三轨运行过程中会产生很大噪声，但尚未有人研究受流器和第三轨的噪声。因此本文以某地铁车辆受流器和第三轨为研究对象，利用有限元法对受流器和第三轨进行动力学分析，研究受流器和第三轨在随机振动作用下的接触振动规律，并进行试验验证，再在此基础上研究利用边界元法研究受流器的噪声。具体研究内容有:
　　(1)本文将以某地铁车辆所采用的下接触式受流器/第三轨为研究对象，应用三维设计软件Pro/E建立受流器/第三轨的仿真模型。
　　(2)将受流器/第三轨模型在HyperMesh软件中划分网格，定义材料属性后导入到ANSYS软件中进行模态分析，研究受流器和第三轨的模态以及受流器与第三轨接触时，受流器/第三轨系统的各阶固有频率随受流器与第三轨质量的比值以及受流器在第三轨上的相对位置变化的规律。
　　(3)综合考虑城轨车辆受流系统动力学及车辆系统动力学，分析受流器/第三轨振动来源。在多体动力学软件ADAMS/Rail建立受流器/第三轨系统刚体动力学模型，通过模拟不同工况下的受流器/第三轨的振动，得到仿真受流器/第三轨接触力，将仿真接触力加载到受流器有限元模型中进行瞬态分析。
　　(4)在某地铁试验线路进行试验。测试下接触式受流器/第三轨接触力，并对数据进行后处理后和仿真数据进行比较，验证刚体动力学模型的准确性。并将试验测试的受流器/第三轨接触力加载进行瞬态分析得出受流器随时间变化的位移和加速度响应，与实际运行时的位移响应和加速度响应做比较，验证有限元模型的正确性。
　　(5)通过编写APDL（ANSYS Parameter Design Language）参数化设计语言程序来导出受流器结构表面节点的位移振动响应，作为声—振分析软件SYSNOISE中受流器模型的边界条件，分析受流器模型声场噪声变化规律，得出相关结论。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 选题意义及背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 城市轨道交通噪声研究现状

1．2．2 受流器／第三轨研究现状

1．3 研究内容

1．4 技术路线图

2 振动及噪声研究理论基础

2．1 引言

2．2 模态分析理论

2．2．1 模态及模态分析概念

2．2．2 模态分析理论基础

2．3．多刚体系统动力学理论

2．3．1 多刚体动力学模型的建立方法

2．3．2 多刚体系统动力学方程

2．4 瞬态动力学分析

2．4．1 瞬态动力学分析概念

2．4．2 瞬态动力学分析理论基础

2．4．3 瞬态动力学分析方法

2．5 声辐射分析

2．5．1 边界元法求解声场原理

2．5．2 声辐射计算软件

2．6 本章小结

3 受流器／第三轨模态分析

3．1 引言

3．2 受流器／第三轨有限元模型的建立

3．2．1 受流器和第三轨的结构介绍

3．2．2 受流器有限元模型的建立

3．2．3 第三轨有限元模型的建立

3．2．4 受流器／第三轨有限元模型的建立

3．3 受流器模态分析

3．4 第三轨模态分析

3．5 受流器／第三轨系统模态分析

3．6 本章小结

4 受流器／第三轨接触振动分析

4．1 引言

4．2 受流器载荷计算

4．2．1 受流器／第三轨系统的动力学模型

4．2．2 受流器／第三轨的接触力分析

4．3 受流器瞬态动力学分析

4．3．1 受流器的动载荷加载

4．3．2 受流器阻尼的选取

4．3．3 受流器瞬态动力学结果分析

4．4 本章小结

5 受流器／第三轨振动特性试验

5．1 引言

5．2 试验前准备

5．2．1 加速度传感器

5．2．2 位移传感器

5．2．3 应变片

5．2．4 数据采集设备

5．3 工况说明

5．4 试验数据及后处理

5．5 本章小结

6 受流器噪声分析

6．1 引言

6．2 分析类型的确立

6．3 边界元模型的确立

6．4 边界条件的确定

6．4 受流器声辐射噪声计算

6．4．1 受流器表面声压及场点声压

6．4．2 受流器空间场点频谱分析

6．4．3 受流器辐射声功率

6．4．4 受流器声辐射效率

6．5 本章小结

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

附录

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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