輪軌曲線尖叫噪聲的有限元研究.pdf

1、隨著高速鐵路和城市軌道交通的發(fā)展，我國迎來了鐵路行業(yè)發(fā)展的新紀(jì)元。但與此同時，出現(xiàn)了運(yùn)行質(zhì)量下降、線路惡化、噪聲增加等問題。尤其，輪軌噪聲的增加對乘客和周圍居民造成嚴(yán)重的影響，減少和控制輪軌噪聲的研究對鐵路行業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義。 通過研究曲線尖叫噪聲的機(jī)理來減少或控制輪軌曲線尖叫噪聲對研究者和工程師們說是一個活躍的課題。在文獻(xiàn)中，對鐵路曲線噪聲的研究手段十分有限。本文根據(jù)陳光雄教授提出的曲線噪聲預(yù)測方法，運(yùn)用有限元方法對

2、輪軌系統(tǒng)進(jìn)行了輪軌系統(tǒng)的運(yùn)動穩(wěn)定性分析，發(fā)展了輪軌曲線尖叫噪聲的分析技術(shù)，大大提高了對輪軌曲線尖叫噪聲的認(rèn)識。 論文首先建立了包括車輪、鋼軌和鋼軌支撐彈簧的有限元動力學(xué)模型。根據(jù)車輪通過小半經(jīng)曲線時橫向蠕滑力飽和的實(shí)際情況，假設(shè)橫向蠕滑力等于摩擦系數(shù)乘以法向力，通過摩擦力耦合建立車輪和鋼軌耦合的動力學(xué)方程。對此動力學(xué)方程進(jìn)行穩(wěn)定性分析，得出耦合系統(tǒng)動力學(xué)特征方程的復(fù)特征值。根據(jù)是否存在實(shí)部為正的復(fù)特征值，從而判斷系統(tǒng)是否有發(fā)生曲

3、線尖叫噪聲的趨勢。計(jì)算結(jié)果顯示，當(dāng)輪軌摩擦系數(shù)比較大時，系統(tǒng)存在實(shí)部為正的復(fù)特征值，說明此時輪軌系統(tǒng)存在發(fā)生曲線尖叫噪聲的可能性。論文還探討了摩擦系數(shù)、支撐彈簧剛度、載荷、約束條件等參數(shù)變化對輪軌曲線尖叫噪聲的影響。仿真計(jì)算結(jié)果表明： (1)本文用有限元方法分析了由車輪、鋼軌和鋼軌支撐彈簧組成的輪軌系統(tǒng)曲線噪聲問題，計(jì)算預(yù)測到的曲線噪聲頻率與線路實(shí)測的噪聲頻率在同一個范圍，說明本文的方法可用于曲線尖叫噪聲的預(yù)測分析。 (

4、2)摩擦系數(shù)對輪軌曲線尖叫噪聲的產(chǎn)生有重要的影響，當(dāng)摩擦系數(shù)越大時，出現(xiàn)復(fù)特征值的正實(shí)部越大，說明產(chǎn)生曲線尖叫噪聲的傾向就越大。 (3)輪軌曲線尖叫噪聲的產(chǎn)生具有模念耦合特點(diǎn)，即在復(fù)特征值實(shí)部開始出現(xiàn)正值的時候，與該特征值對應(yīng)的模態(tài)頻率曲線重合在一起，即發(fā)生了模態(tài)耦合現(xiàn)象。 (4)軌道結(jié)構(gòu)參數(shù)對輪軌曲線尖叫的產(chǎn)生有一定的影響，軌道整體剛度不是越大越好，也不是越小越好，對于不同的輪軌系統(tǒng)對應(yīng)不同的軌道剛度，選擇合理的軌道剛