城市轨道交通轮轨滚动噪声预测与控制

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城市轨道交通改善了居民的出行,缓解了城市交通拥堵,在引导城市可持续发展方面发挥着巨大的作用。但与此同时,城市轨道交通也带来了振动噪声等一系列问题。国内外大量资料分析显示:列车在低速运行时振动和噪声主要来自轮轨系统。对于我国城市轨道交通而言,轮轨滚动噪声是轮轨噪声治理的重点。因此,分析和研究轮轨振动和轮轨滚动噪声,并找到其中的联系是解决问题的可靠依据。
  为了探究城市轨道交通轮轨滚动噪声的产生机理和影响轮轨滚动噪声参数,本文建立了城市轨道交通轮轨滚动噪声预测模型,包括车轮和钢轨模型、轮轨相互作用模型和噪声辐射模型,并通过与相关文献的对比验证了模型的正确性。主要研究内容和结论如下:
  (1)建立车轮三维有限元模型,计算了车轮振动模态,并运用模态叠加法分析了0~5000Hz车轮振动的导纳特性;建立钢轨三维有限元模型,获得钢轨的典型振动模态,并运用完全法计算得到0~5000Hz钢轨的振动导纳特性。
  (2)结合车轮导纳、钢轨导纳和轮轨接触导纳特性,计算轮轨表面粗糙度激励下的轮轨垂向力,获得车轮和钢轨的表面振动速度。利用解析公式求解得到车轮和钢轨声辐射功率级。分析结果表明,车轮噪声辐射主要集中在1500Hz以上,钢轨噪声辐射主要集中在IOOOHz~1500Hz之间。
  (3)利用轮轨滚动噪声预测模型,分析了城市轨道交通车轮辐板形式、轮轨表面粗糙度和轮轨接触刚度对轮轨滚动噪声的影响规律,以探求从声源上降低轮轨滚动噪声的可能性。
  (4)利用轮轨滚动噪声预测模型,研究了车轮和钢轨贴片式阻尼措施对轮轨滚动噪声的影响。分别计算分析阻尼层位置、约束层材料、阻尼层厚度、约束层厚度对阻尼车轮和阻尼钢轨声辐射功率的影响规律。根据计算结果,提出相关参数取值建议。
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