不同阻尼形式对车轮振动声辐射特性的影响

轮轨噪声是列车主要噪声源之一,而车轮振动声辐射是轮轨噪声的重要组成部分。施加阻尼措施能够有效地降低车轮的振动及声辐射。根据轮轨滚动噪声理论,采用有限元-边界元方法,建立标准车轮以及对应阻尼车轮有限元、边界元模型,以等效轮轨粗糙度作用力为激励,研究施加喷涂阻尼和约束阻尼后车轮振动声辐射特性,调查了不同厚度（1 mm ～5 mm）阻尼对车轮减振降噪效果的影响。数值计算结果表明：在轮轨等效粗糙度名义滚动圆接触点径向激励下,采用喷涂式阻尼处理,当材料厚度为2 mm时,降噪效果达到最佳,与标准车轮相比降低2 dB(A)。采用层状约束型阻尼处理,约束层固定为1 mm时,当阻尼层为2 mm,降噪效果最好,与标准车轮相比降低3 dB(A)。     

喷涂阻尼厚度对车轮振动声辐射的影响

在列车车轮表面喷涂阻尼材料可以降低车轮振动声辐射,通过试验调查喷涂阻尼厚度对其减振降噪性能的影响。在半消声室进行对比试验,测试了斜曲型辐板车轮在无阻尼、喷涂1 mm和2 mm情况下的振动声辐射,和双S型辐板车轮在无阻尼、喷涂1 mm和4 mm阻尼下的声辐射。测试结果表明：对于斜曲型辐板车轮,2 mm阻尼层对车轮的减振区域和减振量均优于1 mm阻尼层,在径向和轴向激励下,1mm阻尼层降噪量分别为2.0 dB(A)和1.0 dB(A);对于双S型辐板车轮,在径向和轴向激励下,1 mm阻尼层降噪量分别为1.9 dB(A)和1.1 dB(A)。对于这两种辐板形式车轮,阻尼层增厚,降噪效果均增加。对于斜曲型车轮,在径向激励下阻尼具有更好的降噪效果,对于双S型车轮,在径向激励和轴向激励下阻尼降噪效果近似相同。     

裙板结构对市域列车车外噪声的影响分析

为了研究裙板结构对市域列车车外噪声的降噪效果,基于声线跟踪法,建立4 节编组的车外噪声仿真模型。考虑车辆的主要噪声源,包括轮轨噪声、气动噪声、辅助设备噪声等,同时考虑影响车辆振动和噪声的关键边界条件,包括列车结构、桥梁结构、地面声反射等,计算列车140 km/h 匀速运行时的车外通过噪声,并进一步研究车厢底部不同位置安装半/全遮挡裙板,以及裙板内侧铺设不同吸声材料后的车外降噪效果。研究结果表明,转向架及辅助设备位置安装全遮挡裙板的降噪效果最好,可降低车外噪声约3 dB(A);转向架裙板内侧铺设平均吸声系数为0.64 的吸声材料后,可进一步降低车外噪声最多2.2 dB(A)。     

低地板车结构传声及车内噪声特性

对我国某100 %低地板车辆在60 km/h速度下进行振动噪声试验,获得了低地板车动车、拖车,车内及转向架噪声特性。结果表明,车内噪声主要能量集中在400 Hz～1250 Hz,其中400 Hz频谱能量最大。动车比拖车车内噪声高3 dB,这是由于转向架动力源激励400 Hz中心频段结构传声和空气传声所致。控制电机振动,能从源头上有效控制车内400 Hz中心频率结构传声。此外,也需要从路径上控制电机激励结构传声,即控制横向减振器和二系空簧的结构传声。相关分析结果可为低地板车振动噪声控制和低噪声设计提供参考。     

有轨电车弹性车轮降噪板的设计及性能分析

为降低有轨电车弹性车轮噪声，设计一款弹性车轮用降噪板。首先，使用ANSYS有限元软件对弹性车轮动态特性进行仿真分析，得到其模态参数并确定四种降噪板设计方案。然后通过仿真选出最佳方案，制作实物，并在半消声室进行对比试验。实验室条件落球激励下，主要关注模态（0,3）的阻尼比增幅达到233%，激励点的振动加速度级减少3.4 dB，模态辐射噪声减少3.5 dB(A)；降噪板对径向模态的平均降噪值达到2 dB(A)，对轴向模态的平均降噪值达到9.66 dB(A)。研究结果表明：阻尼层厚度为1.5 mm、约束层厚度为1 mm的交错约束阻尼结构的降噪板有着最好的减振效果，该降噪板对弹性车轮的轴向模态的振动和声辐射有着明显的抑制作用，预计能有效降低有轨电车的曲线啸叫。     

急救车车厢内部噪声仿真分析与优化

基于多体系统动力学理论、有限元和边界元方法,使用多种仿真软件建立车身结构有限元模型、整车刚柔耦合系统模型和车厢声学边界元模型,对路面不平度和发动机振动两种激励进行模拟,计算了这两种激励条件下20～150 Hz频率范围内车厢内各场点的A计权声压级。以降低多个场点声压级峰值为目标,综合考虑车厢壁板对各场点声压级峰值的声学贡献度大小和正负性质,对不同壁板组合进行阻尼减振降噪处理,最终确定最佳阻尼降噪方案。结果表明：场点声压级峰值的大小和频率分布与激振力能量的频率分布有关,粘贴阻尼材料在降低噪声的同时,也会改变声压级的频率分布。降噪措施能普遍降低车厢内乘员耳旁的声压级。     

阻尼板材在高架轨道箱梁结构噪声控制中的应用研究

为探讨高架桥梁结构噪声的控制措施,以京沪高铁32 m无砟轨道箱梁结构为原型,设计制作1/10的模型试验系统。通过将TD09型高性能阻尼板材分别敷设于箱梁翼缘板、腹板等位置,进行多工况的桥梁结构噪声降噪的模型试验研究。结果表明:高架轨道箱梁结构噪声峰值频段为200~1000 Hz,敷设阻尼板材在峰值频段内具有一定的降噪效果。阻尼板材对桥梁结构降噪效果与阻尼板材的敷设位置有关,其在桥梁结构噪声控制中有一定的应用价值。在峰值频率500 Hz处,翼缘板敷设阻尼板材对翼缘板下侧降噪效果最好,降噪约为1.6 dB(A);腹板敷设阻尼板对底板处的降噪效果最好,降噪可达3.8 dB(A);腹板及翼缘板同时敷设阻尼板材也对底板处的降噪效果最好,降噪可达3 dB(A)。     

金属阻尼环数量对城轨车轮降噪特性影响研究

在国内金属阻尼环车轮被广泛应用于城轨列车噪声控制。为了分析金属环数量对车轮降噪特性的影响,根据ISO 3745-2012标准,在半消声室内,采用力锤敲击和落球撞击的激励方式,对安装不同数量阻尼环的车轮进行模态阻尼比和辐射声功率的测试和对比评价。结果表明,金属阻尼环数量对城轨车轮减振降噪有显著影响。随着阻尼环数量的增加,其降噪效果将会显著增强。径向激励下,安装1~5个阻尼环的车轮辐射声功率抑制效果分别为10.5d B(A)、12.8 d B(A)、14.1 d B(A)、14.2 d B(A)和14.4 d B(A);轴向激励下,其对应的降噪效果分别为11.3 d B(A)、13.4 d B(A)、14.5 d B(A)、14.5 d B(A)和16.2 d B(A)。车轮模态阻尼比的增加是降噪效果提高的主要原因,通过嵌入不同数量的金属阻尼环可以将车轮高频模态阻尼比从10-4数量级大幅提高到10-3甚至10-2数量级。相关研究可为城轨列车噪声控制和车辆低噪声设计提供参考。     

运行状态下弹性车轮降噪特性试验分析

通过对运行状态下装有降噪弹性车轮的100%低地板车和装有普通钢轮的B型地铁的车轮近场噪声试验分析,得到实际运行状态下降噪弹性车轮的频谱特性,也获得降噪弹性车轮(下称弹性车轮)相对于普通钢轮的降噪特性的差别。研究结果表明,与普通钢轮相比,弹性车轮的近场声辐射较小。当车速为60 km/h时,车轮内侧距离车轮30 cm处实测噪声水平测试结果分析表明,同一位置弹性车轮近场声辐射比普通钢轮降低2.4 d BA。在该位置,弹性车轮在较宽的频域范围内有较好的降噪效果,但是在低频和1 000 Hz~1 600 Hz频率区段内降噪较薄弱,这主要是由弹性车轮自身的固有振动特性造成的。相关分析结果可为弹性车轮进一步降低噪声提供参考。     

列车车轮动力吸振器减振降噪性能研究

轮轨噪声是列车主要噪声源,而车轮振动声辐射是轮轨噪声的重要组成部分。降低车轮振动声辐射是控制轮轨噪声的有效方法之一。通过在车轮辐板位置安装动力吸振器,以吸收主振动系统的能量,达到减振降噪的目的。利用有限元—边界元方法,研究动力吸振器主要参数,包括质量比、阻尼损耗因子、结构形式、动力吸振器数量对车轮降噪效果的影响。研究表明三自由度动力吸振器加入适当阻尼可降低振动声辐射6 d B(A)。     

Locomotive wheel failure from gauge widening/condemning: Effect of wheel profile,brake block type,and braking conditions

A finite element model accounting for heat partitioning at brake block–wheel and rail–wheel interfaces is used to investigate the effect of locomotive wheel profile, wheel diameter, brake block type, nature of braking (independent, synchronized, and drag), braking frequency and braking cycles on wheel gauge for tread braked, locomotive wheel sets. A train running model estimates heat generation rates during braking for assumed operating and braking conditions. Wheel profiles and brake block types used in the work, match with that used by Indian Railways. Bending at hub–disc and disc–rim interfaces is seen to primarily control axial deflection of wheels. While gauge reduction is observed during braking, gauge increase is seen during subsequent cooling. Maximum gauge increase occurs as the wheels finally cool down to room temperature. S-shaped wheels are seen to be better suited than straight plate and parabolic profile wheels for avoiding excessive gauge change. Locomotive wheel failure from gauge widening and condemning, albeit at different times, is seen to occur with independent braking for locomotives fitted with straight plate, S-shaped as well as parabolic profile wheels.     

全向车测量轮导引方式的设计与仿真

针对全向车位姿检测中由于麦克纳姆轮驱动打滑引起的整车运行精度测量误差大的问题,提出了测量轮自主导引方式,建立数学模型,并对AGV系统结构进行了阐述.设计方案中的整车六轮布局,采用四驱两从动,俩从动轮作为测量轮,运用差速原理获取自动导引全向车的路径信息,同时解决了现有单测量轮全向车原地回转状态下位姿无法精确检测的难题.提出浮动三自由度测量轮结构设计,实现实时接触地面,保证位姿检测的准确性,并对直线、曲线、原地自转三种典型运动状态下的位姿检测进行了ADAMS仿真,结果表明,此种导引方式可满足灵活设置路径下全向车位姿的精确检测,适用范围广.     

喷涂式阻尼车轮振动声辐射特性分析

分析某直型辐板车轮喷涂阻尼材料与否的振动声辐射特性。通过力锤敲击试验,获得车轮的固有频率、模态阻尼比及频率响应函数,分析喷涂式阻尼车轮振动特性。通过半消声室声辐射测试,给出喷涂式阻尼车轮的声能量级,结合车轮振动分析声辐射特性。结果表明,喷涂式阻尼车轮可以有效降低车轮振动和声能量级,与裸轮相比,径向激励下总声能量级可降低6.4 dB,轴向激励下总声能量级可降低4.3 dB。     

《阻尼车轮减振效果分析》

对国内标准客车车轮外侧表面进行约束型阻尼处理,设计了6种阻尼车轮结构型式。在NSYS中建立标准车轮和阻尼车轮的实体模型,分别分析了阻尼层的厚度、约束层的材料和厚度对阻尼车轮减振效果的影响,用有限单元法计算了6种阻尼车轮的结构损耗因子。分析结果表明,阻尼层、约束层的厚度越厚,阻尼车轮的减振效果越好,敷设钢质约束层的阻尼车轮的减振效果要明显好于敷设铝质约束层的阻尼车轮;阻尼车轮的结构损耗因子较标准车轮有大幅度的提高,在1500Hz以上频段,各阻尼车轮的结构损耗因子绝大多数都在0.003以上。     

Locomotive wheel failure from gauge widening/condemning: Finite element modeling and identification of underlying mechanism

Gauge change in straight plate, locomotive, railway wheels is studied using finite element analysis. The study accounts for residual stresses generated during wheel manufacturing and fitment of the wheel on locomotive axle. A validated thermal model accounting for heat loss to rail, brake blocks and ambient air is considered for accurate prediction of wheel temperatures for a given train running and braking history. Results are obtained for low- and high-friction, composite brake blocks used by Indian Railways for two limiting braking scenarios: (i) synchronized braking where braking effort is uniformly distributed on all brake blocks and (ii) independent braking where braking effort to decelerate a train is provided solely by locomotive brake blocks. Results show that bending at hub–disc interface predominantly governs the gauge change. While compressive hoop stresses in the tread region, occurring from rim heating during braking, cause gauge reduction, tensile hoop stresses in the tread region, occurring during wheel cool down cause an increase in wheel gauge. Importantly, while gauge condemning is a transient phenomenon occurring only during braking, gauge widening is “permanent” as it exists even after the wheels cool to room temperature. Allowable reduction of wheel gauge of 0.5 mm, currently used by Indian Railways, is found to be highly restrictive. In fact, in service wheel failure based on this criterion is observed in all braking scenarios considered.     

时速400 km高速列车转向架区域气动噪声控制

气动降噪控制对高速列车运行环保性和乘坐舒适性至关重要.以某时速400 km高速列车1∶8缩比模型为研究对象,建立了基于转向架舱前缘、侧缘、后缘3种策略的6种气动降噪控制方案.通过大涡模拟得到非定常流场和气动噪声源项,采用FW-H方程和声扰动方程计算远场和近场噪声,得到不同控制方案对远场噪声、近场噪声的控制效果和影响频域...     

车轮谐波磨耗对轮轨蠕滑特性的影响分析

为探究车轮谐波磨耗对轮轨间蠕滑特性的影响,建立了4种不同轮轨关系下的车辆-轨道耦合动力学模型。基于多体动力学理论,以实测车轮谐波磨耗为依据,对比分析了4种模型的轮轨振动特性,得到最能反映真实情况的轮轨关系模型。基于柔性轮轨分析车轮谐波磨耗对轮轨蠕滑特性的影响,并进一步探究谐波磨耗下扣件刚度和速度对蠕滑特性的影响。结果表明:柔性轮下的振动响应要高于刚性轮,而刚性轨下的振动响应要大于柔性轨。其发生机理表现为柔性体的固有模态与谐波激励频率相近引发模态共振,使得柔性体的振动响应大于刚性体。对比分析结果表明多柔体更能反映轮轨真实接触状态;车轮谐波磨耗的阶次和幅值对柔性轮轨关系下的蠕滑特性影响显著,整体呈现出随阶次和幅值增大而增大的趋势,且高阶次下,幅值对蠕滑特性的影响更加显著。进一步发现扣件刚度对蠕滑特性的影响与速度呈现相关性,当速度低于250 km/h时,扣件刚度对蠕滑率/力的影响并不显著,但仍呈现出随刚度增大而减小的趋势;当速度高于300 km/h时,扣件刚度对蠕滑率/力的影响比较明显,呈现随刚度增大而增大的趋势。     

轨道交通噪声计算方法研究

通过建立轨道交通噪声理论计算模型，研究了轮轨相互作用关系及由轮轨表面不平顺而引起的滚动噪声，给出了车轮、钢轨辐射噪声声压级谱关系式，利用有关文献中给定的实验数据，计算了因轮轨表面粗糙度而引起的城市轨道交通噪声，计算结果表明大约在1700Hz以下频段，主要以钢轨振动噪声为主，而在1700Hz以上频段，车轮振动噪声占主导地位。