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(guó)迎來(lái)了鐵路行業(yè)發(fā)展的新紀(jì)元。但與此同時(shí)，出現(xiàn)了運(yùn)行質(zhì)量下降、線路惡化、噪聲增加等問(wèn)題。尤其，輪軌噪聲的增加對(duì)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(duì)鐵路行業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義。 通過(guò)研究曲線尖叫噪聲的機(jī)理來(lái)減少或控制輪軌曲線尖叫噪聲對(duì)研究者和工程師們說(shuō)是一個(gè)活躍的課題。在文獻(xiàn)中，對(duì)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(cè)方法，運(yùn)用有限元方法對(duì)

2、輪軌系統(tǒng)進(jìn)行了輪軌系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)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(duì)輪軌曲線尖叫噪聲的認(rèn)識(shí)。 論文首先建立了包括車輪、鋼軌和鋼軌支撐彈簧的有限元?jiǎng)恿W(xué)模型。根據(jù)車輪通過(guò)小半經(jīng)曲線時(shí)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(guò)摩擦力耦合建立車輪和鋼軌耦合的動(dòng)力學(xué)方程。對(duì)此動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行穩(wěn)定性分析，得出耦合系統(tǒng)動(dòng)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(shì)。計(jì)算結(jié)果顯示，當(dāng)輪軌摩擦系數(shù)比較大時(shí)，系統(tǒng)存在實(shí)部為正的復(fù)特征值，說(shuō)明此時(shí)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(duì)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(wèn)題，計(jì)算預(yù)測(cè)到的曲線噪聲頻率與線路實(shí)測(cè)的噪聲頻率在同一個(gè)范圍，說(shuō)明本文的方法可用于曲線尖叫噪聲的預(yù)測(cè)分析。 (

4、2)摩擦系數(shù)對(duì)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(shí)，出現(xiàn)復(fù)特征值的正實(shí)部越大，說(shuō)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(kāi)始出現(xiàn)正值的時(shí)候，與該特征值對(duì)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(duì)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(duì)于不同的輪軌系統(tǒng)對(duì)應(yīng)不同的軌道剛度，選擇合理的軌道剛