基于浮置板轨道的轮轨振动仿真分析
广州地铁轨道减振技术运用情况分析
广州地铁轨道减振技术运用情况分析摘要：广州轨道减振降噪技术应用概况，轨道减振降噪技术在广州地铁应用情况及分析。
高等减振方案的应用情况, 中等减振方案比较, 轨道减振降噪产品考虑因素。
关键词：减振降噪；应用情况；优缺点；中图分类号：x731文献标识码：a一、前言城市轨道交通的特点就是运用于城市，一般穿越城市中心区域，该区域通常是居民住宅、办公机构集中的区域，其震动影响不可忽视。
振动对环境的影响是多方面的，其中包括对人体的影响，对工作效率的影响，对周边建筑物的影响及对室内高精密仪器、设备的影响等。
直接影响人们的生产生活，因此如何将振动和噪声控制在最低限度内，成为城市轨道交通一门重要学科。
二、广州轨道减振降噪技术应用概况广州地铁减振降噪技术措施的应用相对来说是比较多样化，建设时期根据环评要求和线路走向，采取了相应的减振降噪技术措施。
目前在广州地铁线路采用的减振降噪技术措施主要有轨道减振器扣件、gj-ⅲ型轨道减振扣件、弹性短轨枕、橡胶浮置板道床、vanguard扣件、梯形轨道、钢弹簧浮置板道床。
三、轨道减振降噪技术在广州地铁应用情况及分析（一）中等减振方案的应用情况1.弹性短轨枕道床结构形式与短枕式整体道床相同，只是为了减振，在短轨枕四周及底部包上橡胶套及枕下大胶垫。
枕下大胶垫采用三元乙丙（epdm）橡胶加工成封闭的蜂窝结构，即微孔发泡胶垫板，其最大优点是残余变形小，动弹性损失少，能最大限度提供系统所需要的弹性。
其垂向支承刚度约20kn/mm，在一定程度上比其他扣件减震增大了参振质量，减振效果较好。
经设计院应用测试，可减少6～10db，在200hz以上频段减振效果明显优于其他减振扣件。
短轨枕及胶套可批量生产，相对制造较低。
但是，这种结构存在抗灰尘、水污染能力差，失效后维修困难等缺点。
弹性短轨枕道床主要应用于二、三、八号线，其中三号线应用长度达43.446km。
随着弹性短轨枕的投入运营约8年之后，弹性短轨枕出现几个明显的问题：一是钢轨起拱、轨枕空吊；二是弹性短轨枕与胶套之间松动磨损出现间隙，轨距保持能力差；三是橡胶包套易进水，微孔发泡胶垫板压缩变形，刚度增大减振性能下降。
钢弹簧浮置板轨道支点力动力特性分析
ｚ（， ｔ ）＝∑Ｘ（） ￡ （ ）
＝ ｌ
（） ４
图 ２ 浮置 板 轨 道 横 截 面
（ ｔ 为 浮置板 的垂 向位 移和速 度 ； （） ，） Ｆ ｔ 为钢 轨支 点 反力 ； （ ） 钢 弹簧 支 点力 ； ｐ为钢 轨 扣 件 数 目； Ｆ ｔ为 Ｎ Ⅳ 为钢 弹簧数 目。 ，
根 据 Ｒｔ 法 ， 置 板 垂 向位 移 可 以表 示 为 ｉ ｚ 浮
ＮＭ
力 的影 响设置 了工 况 ｌ 工况 ３ 为分 别研究 板 长 、 弹 、 ， 钢
特性 。结果表 明 ， 支点力峰值 随车速 的提 高而增 大， 其频 率成 分主要 由车速 、 车辆 结构 特性 以及 浮置板
一
阶 固有 频率 引起 ， 即频 率值在 车速和 车长 的比值 与比值 的整数倍 以及浮置 板 固有 频率 附近 。
关键词 ： 自由梁 浮置板 固有频 率 支点 力
铁
道
建
筑
Ｒａ ｌ ｙ Ｅｎ ｉ ｅ ｒ ｎ ｉ ｗａ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ
文章 编号 ：０ ３ １ ９ （ ０ １ Ｏ — １６ ０ １ ０ —９ ５ ２ １ ） １０ ０ —４
钢 弹 簧浮 置 板轨 道支 点 力 动 力特 性分 析
李俊 岭 ， 徐 鹏 ， 翟婉 明 ， 成 标 蔡
间 中的传播 规 律 ； 献 ［ ］ 文 ３ 以类 似 的方法 分 析 了地铁
隧道 中浮置板 动响应 以及其产 生 的波 动在介质 中的传
播 ； 献 ［－ ］ 文 ４ ５ 分别 运 用 有 限 元方 法 和 双 层 弹 性 梁模 型分 析 了钢 弹簧浮置 板轨道在 简谐荷 载或列 车模拟荷
城市轨道交通环境振动与振动噪声研究
文章编号:100128360(2003)0520109205城市轨道交通环境振动与振动噪声研究雷晓燕, 王全金, 圣小珍(华东交通大学土木建筑学院,江西南昌 330013)摘 要:论述了轨道交通环境振动与振动噪声研究中的波2频域法,数值法,实验法和统计能量分析法及其在该领域的研究进展,提出了需要进一步深入探讨的9个问题。
关键词:轨道交通;环境振动;振动噪声中图分类号:X32 文献标识码:AStudy on environmental vibration and vibration noisesinduced by the urban rail transit systemL EI Xiao2yan, WAN G Quan2jin, SHEN G Xiao2zhen(School of Civil Engineering,East China Jiaotong University,Nanchang330013,China)Abstract:Wavenumber frequency domain approach,numerical method and experiment technique as well as statistical energy analysis in study of environmental vibration and vibration noises induced by the urban rail transit system and their advances are discussed.Nine problems are presented for further investigation.K eyw ords:rail transit;environmental vibration;vibration noise 城市轨道交通环境振动与振动噪声研究是国际学术界和各国政府十分关心的一个课题。
地铁减振降噪论文(精)
地铁轨道减震降噪原理与措施1、基本原理1 减小激振能级。
减少车辆对轨道的运动力是重要的, 而保持轨头平面的光滑又是减少轨道振能的根本条件。
2 减少因激振动力引起的振动级。
为了减少轨道振动加速度级和振动速度级, 增大作为振源对象的轨道个部件振动体得质量或抗弯刚性是控制轨道振动的关键。
3 减小传递力的振幅级。
在轨道组成部件之间设置弹性支撑材料, 以期减低轨道支承刚度,隔断减振的传递。
2、轨道减振的基本措施1减振降噪型钢轨扣件的选择钢轨扣件由扣压件、轨下垫层和联结螺栓组成。
为了保持轨道结构的稳定性以及可维修养护性、减振等要求 , 钢轨扣件应具有一定的扣压力、必要的弹性和相应的可调能力。
主要扣件有 WJ -2 型、DT Ⅲ型及 WJ -4 型扣件及 Cologne -Egg 弹性扣件(在减振要求较高地段采用的轨道减振器扣件。
该扣件的承轨板与底座之间用减振橡胶硫化粘贴在一起 , 利用橡胶圈的剪切变形获得较低竖向刚度 , 较 DTI 型扣件的振动传递减少 15~30 dB , 较 DT Ⅲ型扣件减少 10 ~20 dB 。
2无碴轨道结构的噪声特点与设计原则有碴轨道的道碴提供了很好的弹性 , 对减振降噪有利。
但有碴轨道在列车荷载作用下会发生几何形位的变化 , 需进行经常性的养护。
轨道交通线路如采用有碴轨道 , 在运营时间内对其进行养护维修几乎不可能 , 而夜间的养护维修作业在安全、质量和设备要求上提出了更为苛刻的要求 ; 此外 , 高架桥上采用道碴道床增加了桥梁的自重 , 增加投资 , 且道床的清筛粉尘也对城市环境造成污染。
因此 , 与有碴轨道相比 , 无碴轨道具有稳定性、平顺性、刚度均匀性好、维修工作量少、简洁易清洗等显著优点。
日本、德国等国家已把它作为高速铁路和城市轨道交通的主要轨道结构型式加以发展和应用。
3轨道减振器与弹性支承块或浮置板组合的应用对于几十赫兹到几百赫兹频率范围的中、低频振动 , 应用轨道减振器、弹性支承块轨枕和浮置板可以得到比较好的减振降噪效果。
浮置板轨道磁流变隔振系统的自适应控制
２ 隔振控 制算法设计
为了使轨道隔振性能指标达到最优 ． 需要对 隔振 系统进行理论 分 析和试验研 究 ． 根据磁流变隔振器的特性改 变到最佳 的刚度 阻尼 但 是把实际的地铁工程搬进实验室进行试验 基本是不可能 的 为了校 正 试验模型和实际工程 系统真实参数上的差距 ． 因此我们模型数据采 用 实际测量数据 ． 既能够反映 出工程的客观规律 ， 又能够节约试验成本 本文研究平 直轨道 隔振系统垂向振动优化模 型的通用性 ２ ． １ 优化隔振 目 标 函数和约束条件的确定 目标函数 ： 隔振的最 终 目的就是要减小振动能量 的传递 ． 而参数优化 的首要 目的就是使优化后 的隔振器参数 能够最大程度提高 浮置板轨道 系统 的隔振效率 因此 ． 隔振器参数的优 化是与浮置板轨道 的振动评价互 相联系 参数优化要结合磁流变轨道并联隔振器的实际情 况来实时制 定优化策略 ， 实时地改变隔振器的刚度 、 阻尼参数１ ３ ］ 。选取一个好 的参 数优化 目 标 函数 ． 对最终振动效果的评价和参数优化过程求解 的方便 性来说十分重要 。 轮轨振动是多方向的耦合振 动 ． 当列车运行在平 直路段时 ． 垂向 振动是其最主要的激振形式 ， 振动通 过钢轨传递到 浮置板 ． 浮置板再 将振动通过 隔振器传递到地基。 以建立 的浮置板轨道系统动力学模 型 为参考 ， 振动最终通过浮置板下四个 隔振器 向外界传播 因此 ． 这里将 传递到六个隔振器的力之和与激 振力的 比值最小作 为对垂 向振动 的 参数优化 目 标 函数不失为一个适 合的选择 ． 即以力绝对传递率最小作 为目 标 函数 ． 而且在后期的台架试验 中也可 以在隔振器下安装力传感 器来方便地获取传递力 。力绝对传递率公 式如下 ：
一
图１
（ ｂ ）
浅谈地铁轨道减振降噪的措施
更加和谐 ，成了人们普遍关注的问题．因此对轨道 的减振 、降噪能 提 出了更高的要求。本文将对 地铁 轨道 的减振 降噪措施进行简要探
讨。
１地铁减振降噪研究存在的问题 近年来，在城市轨道交通中 已使用多种新型减振轨道结构形式 和多种减振降噪措施 ，但普遍存在施工工序繁杂、工期长、成本高 、 性价 比低等不足 ，制约着城市轨道 交通在减振 降噪方面 的发展 。我 国轨道交通的减振降噪方案设计中，采用了大量 的国外轨道 的减振 降噪技术和产品 。但对于其评价，我们所看到的数据 都是由供 货商 提供的 ，没有相应的对 比对象 。再次，由于在轨 道减 隔振 方面 的研 究和工程实践起步较晚 ，所采用的减振降噪技术方案都比较
浅谈地铁轨道减振降噪的措施
杨维迪 桂 思 平
（ 沈阳地铁集 团有 限公司运营分公 司 ）
【 摘 要】 地铁轨道噪声问题是 目前环境 问题 中 亟待解 决的问 题 之一 ，地铁轨 道噪 声对人们 的生活和工作有很 大的影响 ，本文将
对 地铁 轨 道 的 减振 降噪 措 施 进 行 探 讨 。
【 关键词 】 地铁轨道 ；噪 声污染；减震降噪
引 言
由于城市轨道交通 的高速 发展，其产 生的振动和噪声 问题不容 忽视 城市交通 轨道 尤其是地铁轨道 ，不可避免地穿越人 口密集区 和重要建筑物下，列车行驶时产生 的振动和 噪声严重影响 了人们正 常的工作和生活 。交通引起的振动 噪声已被 列为世界七大环境公害 之一，因此设法降低 城市轨道 的振 动和 噪声 ，让人类与 自然的关系
计。
所 以新材料 、新工艺 、新结构 的研发和性能试验就显得尤为重 要和 急迫 。因此 ， 必须对 目前各种减振降噪技术 进行梳理 、总结 、归纳， 从而掌握具有更好 的减振技术 ，拥有更经济的工程造价和 更优 良的 轨道交通装备 ，将这些轨道结构应用于建设 中，这些都是值得 更进 步研究 的。 ２ 减振降噪的一般措 施 轨道 结构 主要 由钢轨 、扣件及轨下基础组成 。根据振动理论， 轮轨之 间的振动 噪声与轨道各部件 的质量、刚度 以及结构阻尼 密切 相关。轨道结构 的减振 降噪则主要是通过 改变结构参数来实现。 与有碴轨道相 比，无碴轨道具有整体稳定性好、维修少等优点， 但其缺 点是振动 噪声较大， 尤其是用于高架轨道时更为突 出， 对此，
浅谈地铁振动影响和解决对策
浅谈地铁振动影响和解决对策地铁在运行时由于轮轨相互作用产生振动，进而通过轨道基础和隧道衬砌传播至土体，从而对沿线地面建筑产生影响。
这个过程可以分为以下 3 个阶段：①地铁振动产生过程，即列车车轮在运行过程中对轨道的冲击产生激励。
②地铁振动传播阶段，即列车车轮振动通过轨道基础和衬砌结构向周围土介质和地面建筑传播。
③地铁振动作用阶段，即列车车轮振动作用在沿线的地面建筑上，从而诱发建筑结构及其室内物品的二次振动和噪声，进而对建筑物结构本身和建筑物内的人群、精密生产和敏感仪器产生影响。
其中在振动产生过程中主要由 5 种原因构成：列车运行时，自身对轨道的重力加载产生的冲击，造成车轮与轨道结构的振动；众多车轮与钢轨同时发生作用产生的作用力，造成车辆与轨道结构的振动；车轮经过钢轨接缝处时，轮轨相互作用产生的车轮与钢轨结构的振动；轨道的不平顺和车轮的粗糙损伤等随机性激励产生的振动；车轮的偏心等周期性激励导致的振动。
一地铁振动对周围建筑的影响振动对建筑物的影响，轻微的会出现墙皮剥落、墙壁龟裂、地板裂缝，严重则导致基础变形或下沉。
地铁引起的振动一般都低于结构的破坏振级，不会造成像地震那样的直接破坏，但它能引起结构的局部颤振，如门窗及室内物件的振动，甚至在附近一些建筑物内引起二次结构噪声，使人明显感觉不适，造成失眠、烦躁等症状，严重干扰人们的日常生活。
二地铁振动的控制解决办法根据地铁振动的产生、传播和相关因素的分析，可以从以下三方面来考虑地铁振动的控制：（1）振源减振控制最直接的方法是从振动的源头减震，根据地铁振动产生的机理和影响因素的分析，可以采取以下措施：①列车轻型化。
②采用重型钢轨和无缝线路。
③列车轮平滑化。
采用弹性车轮、低阻尼车轮等车轮平滑措施，钢轨间的摩擦，可有效降低车辆振动强度。
④采用适当的弹性扣件或轨道减振器。
⑤适当控制地铁列车运行速度。
⑥采用具有噪声低、振动小、造价低、污染小、能耗低、安全性能好等诸多优点的直流电机，这也是21 世纪轨道交通的发展方向。
第7章-轨道结构力学分析
曲线半径（m）
直线
线路平面
4、准静态计算公式
动力计算方法：准静态
计算步骤： 1）计算静态情况下的y、M、R 2）计算系数 3）计算准静态的yd、Md、Rd 4）各部件强度检算
轨道各部件的强度检算
准静态计算方法
1) 静力计算 y,M,R 2) 各种系数 3) 准静态计算 4) 各部件强度检算
轨道结构承载能力计算包括三个方面： （1）强度计算； （2）寿命计算； （3）残余变形计算。
第二节 作用在轨道上的力
1.垂向力 2.横向水平力 3.纵向水平力
三部分：
一、垂向力
静载：自重+载重 动载：附加动压力（动力附加值） 1）机车车辆构造与状态原因引起： a）车轮扁瘢、擦伤——冲击荷载； b）车轮不圆顺——冲击 2）轨道构造与状态引起： a）接头——冲击 b）焊缝——冲击 c）轨道不平顺 3）机车车辆在轨道上的运动方式引 a）蛇行——偏载 b）曲线——偏载
1） 摩擦中心理论 2） 蠕滑中心理论 3） 机车车辆非线性动态曲线通关理论
第六节 机车车辆-轨道动力作用的仿真计算概算
国内外铁路仿真计算情况 目前世界是应用的车辆-轨道动力软件学软件类型较多，主要有NUCARS、SIMPACK、Adams/rail、MEDYNA、AGEM、AutoDYN、SIDIVE、VAMPIRE、VOCO、VICT、TTISIM等。
轨道结构力学分析前沿研究
1 浮置板轨道结构振动力学特性分析的研究 2 高速铁路轨道结构力学模型参数研究 3 路基上双块式无砟轨道道床板空间力学特性研究
单位：
2、钢轨支点弹性系数D
定义：使钢轨支点顶面产生单位下沉而作 用在钢轨支点顶面上的钢轨压力。 公式： 单位：
城市轨道交通的噪音与振动控制技术
城市轨道交通的噪音与振动控制技术城市轨道交通作为现代都市不可或缺的公共交通方式，在为人们提供快捷、便利出行的同时，也带来了噪音和振动问题这些问题对周边环境和居民生活产生了一定影响为此，研究和应用城市轨道交通的噪音与振动控制技术显得尤为重要本文将从噪音和振动两个方面，详细探讨城市轨道交通的控制技术一、噪音来源及控制技术城市轨道交通的噪音主要来源于以下几个方面：1.轮轨摩擦：列车在运行过程中，轮轨之间的摩擦产生的噪音2.空气动力学：列车在高速行驶时，车体与空气之间的相互作用产生的噪音3.设备运行：列车上各种设备的运行噪音，如空调、电机等4.建筑结构传播：噪音通过轨道交通建筑结构的传播针对这些噪音来源，可以采取以下控制技术：1.轮轨摩擦噪音控制：采用低噪音轮轨材料、改善轮轨表面状态、使用轮轨润滑装置等技术2.空气动力学噪音控制：优化列车外形设计、采用流线型车体、加装降噪装置等技术3.设备运行噪音控制：选用低噪音设备、加强设备维护、采用隔音罩等技术4.建筑结构传播噪音控制：采用隔音墙、隔音窗等隔音设施，以及采用减振垫、减振支架等减振措施二、振动来源及控制技术城市轨道交通的振动主要来源于以下几个方面：1.轮轨相互作用：列车在运行过程中，轮轨之间的相互作用产生的振动2.轨道结构：轨道结构自身的振动，如轨道弯曲、轨枕振动等3.建筑物传播：振动通过轨道交通建筑物传播针对这些振动来源，可以采取以下控制技术：1.轮轨相互作用振动控制：采用高精度轨道、改善轮轨表面状态、使用减振装置等技术2.轨道结构振动控制：优化轨道设计、采用高性能轨枕、加装振动吸收装置等技术3.建筑物传播振动控制：采用隔振基础、隔振装置、加强建筑物结构设计等技术通过以上分析，我们可以看到，城市轨道交通的噪音与振动控制技术涉及到多个方面为了实现有效的噪音和振动控制，需要综合运用各种技术手段，从而降低轨道交通对周边环境和居民生活的影响在未来，随着技术的不断发展，相信噪音和振动控制技术将更加完善，为城市轨道交通的可持续发展提供有力支持三、噪音与振动控制的实际应用案例在实际工程应用中，噪音与振动控制技术已经取得了一定的成效以下是一些典型的应用案例：1. 隔音屏的应用隔音屏是城市轨道交通噪音控制中常用的一种措施例如，北京地铁在部分线路中设置了隔音屏，有效地减少了噪音对周边居民的影响隔音屏采用吸音材料和隔音材料相结合的设计，能够在一定程度上反射、吸收和隔绝噪音2. 减振垫的应用减振垫是振动控制中常用的一种措施例如，上海地铁在部分线路的轨道下方设置了减振垫，有效地减少了振动对周边建筑的影响减振垫能够有效地吸收和缓解轨道振动，降低振动传递到建筑物上的程度3. 浮置板轨道的应用浮置板轨道是一种新型的轨道结构，具有良好的减振效果例如，广州地铁采用了浮置板轨道，通过调整轨道的弹性垫层厚度，实现了对振动的有效控制浮置板轨道的应用不仅降低了振动，还有助于提高轨道的使用寿命4. 声学建筑设计声学建筑设计是针对建筑物内部噪音控制的一种措施例如，一些地铁车辆站在设计过程中，采用了特殊的声学材料和结构，以降低室内噪音声学建筑设计可以有效地改善地铁车辆站的内部环境，提高乘客的舒适度四、发展趋势与展望随着城市轨道交通的快速发展，噪音与振动控制技术也将面临更高的要求在未来，我们可以期待以下几个方面的发展：1.噪音与振动控制技术的进一步优化：随着科技的进步，相信会有更多高效、环保的噪音与振动控制技术出现2.智能化监测与控制：利用物联网、大数据等技术，实现对轨道交通噪音与振动的实时监测和智能控制3.绿色轨道交通的建设：在城市轨道交通建设过程中，注重环保和可持续发展，采用更多绿色、低碳的技术4.综合治理：针对城市轨道交通的噪音与振动问题，实施综合治理，协调各种措施，实现最佳控制效果城市轨道交通的噪音与振动控制技术将在未来持续发展，以满足人们对环保、舒适出行的需求通过不断地技术创新和应用实践，相信我们能够更好地解决轨道交通带来的环境影响，为城市的可持续发展做出贡献五、国内外政策与标准在城市轨道交通的噪音与振动控制方面，国内外政府都制定了一系列政策和标准，以指导和促进相关工作1. 国内政策与标准中国政府高度重视城市轨道交通的噪音与振动控制问题，出台了一系列相关政策例如，《城市轨道交通工程技术规范》对轨道交通的噪音与振动控制提出了明确要求此外，各地政府也根据实际情况，制定了相应的的地方标准和管理条例2. 国际政策与标准在国际范围内，各国政府也高度重视城市轨道交通的噪音与振动控制问题例如，欧盟制定了《城市轨道交通噪音与振动控制指令》，对轨道交通的噪音与振动控制提出了严格的限制美国、日本等发达国家也都有相应的政策和标准六、企业社会责任与公众参与在城市轨道交通的噪音与振动控制工作中，企业和社会公众也扮演着重要角色1. 企业社会责任城市轨道交通企业有责任采取有效措施，降低噪音与振动对周边环境的影响企业应严格执行国家和地方的政策与标准，加强技术创新，提高噪音与振动控制水平同时，企业还应积极履行社会责任，参与社会公益活动，加强与公众的沟通与互动2. 公众参与公众是城市轨道交通噪音与振动控制工作的直接受益者和参与者公众应了解和学习噪音与振动控制知识，积极参与相关政策的制定和实施同时，公众还应关注轨道交通建设过程中的环保问题，对轨道交通企业的噪音与振动控制工作进行监督和评价七、结论城市轨道交通的噪音与振动控制是一个复杂而重要的课题通过分析噪音与振动的来源、控制技术、实际应用案例、发展趋势以及政策与标准，我们可以看到，噪音与振动控制工作在轨道交通建设中具有重要意义要解决这一问题，需要政府、企业和社会公众共同努力，实施综合治理，采取有效措施，共同为城市的可持续发展做出贡献在未来，随着科技的进步和人们对环保意识的提高，相信城市轨道交通的噪音与振动控制技术将得到更好的发展和应用通过不断地技术创新和政策引导，我们有望实现更加安静、舒适的轨道交通环境，为城市的可持续发展做出积极贡献。
【国家自然科学基金】_钢弹簧浮置板_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140802
推荐指数 3 3 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
推荐指数 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2013年 序号 1 2 3 4 5 6
2013年 科研热词 钢弹簧浮置板 城市轨道交通 隔振性能 模态分析 有限元分析法 动力响应 推荐指数 2 2 1 1 1 1
科研热词 浮置板轨道 动力学分析 高架轨道交通 频域分析 隔振 钢弹簧浮置板 轮轨力 轨道 被动隔振 精密仪器 磁流变减振器 现场实测 环境竖向振动 浮置板 有限元 支承 振动测试 振动加速度 城市轨道交通 垂向振动 地铁轨道 地铁 地下铁道 半主动控制 减振特性 减振措施 减振 仿真 交通振动 1/3倍频程
科研热词 钢弹簧浮置板轨道 模态分析 地铁振动 固有频率 合建结构 频谱分析 钢弹簧浮置板 试验研究 瞬态分析 现场测试 正交试验 插入损失 振动加速度级 建筑物 地铁 地表低频响应 地下铁道 回归分析 响应带 参数 加速度级损失 减振措施 减振 低频特征 低频振动试验 传递函数 传导比 三维有限元
2008年 序号 1 2 3 4 5
科研热词 隔振效率 钢弹簧浮置板轨道 激振频率 有限元分析 动力学传递特性
推荐指数 1 1 1 1 1
201 浮置板轨道 振动 动力响应预测 传递函数
推荐指数 1 1 1 1 1
2011年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
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文章编号:1006-1355(2007)04-0089-04
基于浮置板轨道的轮轨振动仿真分析
黄 涛,陈大跃(上海交通大学电子信息学院仪器系智能研究所,上海200240)
摘 要:计算分析浮置板参数对噪声和振动的关系,为浮置板参数的工程设计提供参考。以考虑不平顺度的轮轨振动模型为基础,采用ANSYS有限元分析软件,模拟列车动载荷作用下浮置板轨道结构的瞬态响应。分别对不同的浮置板隔振器刚度和阻尼进行计算分析,确定其参数对振动和噪声的影响。计算分析表明,浮置板轨道结构对减小振动和噪声十分有效,其刚度和阻尼参数对减小轨道振动和基础反力有不同的效果。关键词:振动与波;浮置板轨道;隔振器;噪声中图分类号:U213.2 文献标识码:A
SimulationAnalysisofWheelandTrackBasedonFloatingSlabTrackHUANGTao,CHENDa2Yue(DepartmentofInstrumentationEngineering,ShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai200240,China)
Abstract:Computingandanalysingtherelationshipbetweenfloatingslabtrackandvibrationand
noisecanofferreferencetoengineering.Basedonthemodelofwheelandtrackvibrationconsideringitsirregularity,thefiniteelementmodelwasestablishedbyANSYS.TransientresponsewassimulatedunderthetraindynamicloadingbymeansofNewmarktimeintegration.Analysisthedifferentvibrationisolatorparametercanfigureouttheeffecttovibrationandnoise.Floatingtrackslabsystemisaneffectiveantivibrationandnoise,therearedifferenteffectbetweenstiffnessanddampingtocontrolvibrationandnoise.Keywords:vibrationandwave;floatingtrackslab;vibrationisolator;noise
收稿日期:2006210223;修改日期:2006211228
作者简介:黄涛(1979-),男,重庆人,硕士研究生,研究方向:轨道振动与噪声控制。
城市轨道交通和高速铁路的发展,使轨道结构产生的噪声和振动越来越引起人们的重视.各国都在设法采取有效的措施改善既有的结构,或开发全新轨道结构,以减小由于轮轨作用带来的振动和噪声危害。如何采取有效的减振、隔振措施已成为国内外研究的热点问题之一[1]。轨道结构减振的主要形式有如下几种:埋入式轨道、普通道床高弹性扣件轨道、弹性短轨枕整体道床、纵向轨枕式浮置板轨道、浮置板式轨道结构等。其中浮置板轨道结构是减振效果最好、应用范围最广的减振降噪方式。浮置板轨道是通过弹性体把轨道结构上部建筑与基础完全隔离,使其处于悬浮状态,利用整个道床在弹性体上进行惯性运动来隔离和衰减由于列车运行产生的振动。它是一种质量———弹簧隔振系统。车辆在运行过程中,由于车轮踏面与轨道表面的微小高低不平,会引起轮轨的振动。若考虑轨道及轨道以下结构的振动,则当车体出现运行不平顺时,先对轨道产生包括竖向、横向、纵向等各种振动激励,造成轨道的噪声辐射。轨道激励会通过扣件、轨下减振层向下传递,对基础输出振动力。在轮、轨耦合振动体系中,要减小噪声必须减小振动,轨道结构不但是振源,同时也是振动的传递因素,其结构参数(质量、刚度、阻尼等)直接决定了振动输出的情况。所以合理选择浮置板轨道结构参数,是轨道交通减振降噪的重要途径,能同时影响轮轨振动和噪声水平。浮置板轨道结构是一种新型的减振轨道,现在对其结构参数的设计仅将其简化为一系质量———弹簧系统,而轮轨耦合系统的复杂性使浮置板的参数设计与实际要求出现较大的偏差,只能在运营中根据实际的振动测量积累参数进行修正,不能在建设前有效地指导设计和施工。本文建立了浮置板轨道的轮轨动力学模型,考虑列车在钢轨不平顺条件下,模拟列车通过情况下,浮置板轨道系统在质量、刚度、阻尼变化时对系统的减振效果,可对浮置板轨道结构的设计与施工提供理论参考。
1 轮轨系统模型1.1 轮轨作用力模型 引起轮轨耦合振动的主要原因有机车动力、速度、轨道不平顺度等[2]。轮轨接触力G可以表示为列车自重M和由表面不平顺度等引起的变力W的和,及G=M+W。
98基于浮置板轨道的轮轨振动仿真分析 对于因轨道表面不平整引起的轮轨动态作用力计算模型,可以用图1表示[3-4]。为了便于计算,车轮踏面与轨道表面的微小高低不平可以组合在一起,用r来表示。由于车轮的滚动速度v远小于振动波在钢轨的传播速度,在计算轮轨作用力时,可以近似认为车轮在钢轨上的位置相对不变,而微小高低不平组合r则以速度v在轮轨之间移动,形成对轮轨系统的相对位移激励。
图1 轮轨作用力模型 假定车轮被简化成质量M
w,
车轮与钢轨之间的
线性化接触刚度用KH表示,则车轮的运动方程为Mw¨x=-KH(xw-xr-r)(1)式中xw表示车轮的动位移,xr表示钢轨在轮轨接触点的动位移。在(1)式中,车辆的自重载荷W引起的静位移已通过适当选择坐标原点被消除。式(1)也可以用频率域中的方程来表示Mwω2XW=KH(Xw-Xr-R)(2) 式(1)和(2)也可以看作是轮轨间相互作用力的表达式。若已知轨道的动柔度αR,式(2)可以改
写成
F(ω)=1αC(-αWF(ω)-αRF(ω)-R)(3) 式中F(ω)代表轮轨之间的相互作用力,
αC
=
1/K
H
为轮轨弹性接触的柔度,αW为车轮的动柔度。
作用在车轮与钢轨上的力大小相等,方向相反,为一对作用力与反作用力。式(3)可以得到轮轨之间的动态作用力
F(ω)=RαW+αC+αR(4)
由此可知,如果已知轮轨系统的动柔度αW、αC、αR,则轮轨之间的动态作用力可以根据相对位移激
励的频谱R求出。其中αW、αR可以由实测得到,
αC
可以通过计算得到。图2是根据实际轮轨测量得到的动柔度。 轨道不平顺度参考踏面制动型铸铁车轮与光滑铁轨在50km/h速度下的不平顺度谱,中等损耗因
图2 柔度曲线图子支承情况。轨道不平顺度如图3。
图3 速度50km/h不平顺度谱1.2 轨道模型 轨道结构的动力特性直接与机车车辆、轨道结构的振动有关,要真正摸清轨道结构的动力特性,必须对整个轨道结构系统建立一个合理的模型。图4
是经典的三种轨道结构模型[5]。
图4 轨道结构模型 其中(a)和(b)两种轨道模型将轨下基础作为均匀分布的整体,地基特性符合Winkler假定,可以用直接解析法求解,其振幅和相位的频率响应特性可以用解析式表达,但是不能直接转换到时域,同时模型不包括轨枕离散支承的效应。钢轨通过轨枕离
2007年8月噪 声 与 振 动 控 制第4期散支承的浮置板轨道模型如图(c)。该模型可以描述轨枕支承点和浮置板支承的局部影响(如轨枕质量、浮置板质量对振动的影响),能够更客观地反映钢轨是靠各个轨枕沿纵向支承于道床和路基的事实。不仅如此,弹性点支承梁模型可以较为方便地考虑轨道系统参数沿纵向非均匀分布的情形。该模型可以通过傅立叶变换及余数定理在频域内列出解析式[4],但其表达式相当繁琐,求解过程复杂,不适
合采用解析法计算。近年来有限元算法的发展和商业软件的完善,使此类复杂耦合问题的求解成为可能。本文根据上海地铁5号线参数为参考,采用短浮置板隔振结构,下面的计算针对隔振结构参数进行仿真。用ANSYS软件对钢轨、轨枕、浮置板系统建立有限元模型,隔振层简化为具有弹性和阻尼的元件。ANSYS有限元模型中钢轨采用梁单元(考虑截面积、高度、惯性矩、密度,结构阻力等参数),轨下枕垫、扣件和隔振层均采用弹簧阻尼单元,轨枕和浮置板采用壳单元,浮置板下隔振器全约束。AN2SYS仿真模型如图5。
图5 ANSYS仿真模型2 动载荷施加方式及计算参数2.1 动载荷施加方式 根据(4)式只能得到在频率内的轮轨作用力F
(ω),采用ANSYS
瞬态仿真时需要将其转换到时域
内。考虑相位随机的情况频域到时域的转换可以用维纳———辛钦定理,及自功率谱密度函数S
XX(ω)和
自相关函数RXX(τ)构成傅立叶变换[6]。
RXX(τ)=∫+∞-∞SXX(ω)eiωτdω(5)
在有限元的计算中,荷载的施加最终都将集中在单元节点上。设单元纵向长度为l,列车速度为v,列车动载F(ti)作用于节点i处,经过1/v秒后,列车到达节点i+1,即节点i+1开始作用荷载F
(ti+1),同时i节点的荷载消失;经过2l/v秒后,
列
车到达节点i+2,即节点i+2开始作用动载,同时i+2节点的荷载消失……。本文中计算了4列车厢通过的情况,动载荷施加示意图6。2.2 计算参数
图6 动载荷施加示意图 对于路轨建模来说,车辆的主要参数是:质量和一些轮距参数。本文中的车辆参照上海地铁运行的德国车辆,轮对间两轮距离2.5m,前后轮对距离13.2m,两车厢间轮对距5.85m,车厢满载重量60吨。轨道参数见表1。表1 轨道基本参数
参数值钢轨单位长度质量/kg・m
-160.64
钢轨截面积/m
27.708×10-3
钢轨高度/m0.176
钢轨截面惯性矩/m
43.203×10-5
钢轨弹性模量/N・m
-22.09×1011
钢轨泊松比0.3
轨下扣件刚度/N・m
-17.8×108
轨枕质量/kg225
浮置板弹性模量/N・m
-21.5×108
浮置板截面积/m
21.435
浮置板厚度/m0.3
浮置板长度/m1.2
浮置板单位长度质量/kg・m
-11596
浮置板间距/m0.2
3 浮置板仿真分析及结果 在仿真计算中通过调整隔振器的参数,计算轨道振动水平和基础动反力。在加载过程中都加以列车重力和轮轨作用力,使其在相同激励条件下,确定隔振层对轨道振动的影响,从而根据不同运行条件设计一组最佳隔振参数。一般情况下,大刚度和大阻尼隔振将降低轨道振动,但会增加基础反力;与此相反,小刚度和小阻尼隔振将增加轨道振动,但能够降低基础反力。在特定的情况下,选择什么类型的隔振参数,必须根据需要减振对象来确定:如果轨道振动为主,则应该使用大刚度隔振;而当以降低基础反力为主的情况下,就应该选择小刚度。当然隔振
19基于浮置板轨道的轮轨振动仿真分析