轮轨激励下北京地铁头车车内噪声计算及贡献度分析

摘要

过量的噪声将严重影响乘客的心理、生理和正常的生活，控制噪声污染是实现地铁列车可持续协调发展的必然要求。论文以控制轮轨激励下的车内噪声为目标，对轮轨激励下的噪声问题进行了深入研究。 通过将车体、构架、轮对模化为多刚体系统，钢轨处理成由有限间隔的离散轨枕支承的无限长Timoshenko梁，建立了地铁头车-轨道耦合动力学模型，以轮轨不平顺作为激扰谱，计算了整车的振动响应，获取了二系空气弹簧与车体接触处在三维空间内的振动载荷，结果表明：轨道不平顺在垂向和横向引起的激励载荷幅值较大，而在纵向引起的激励载荷幅值较少。 运用有限元法对北京地铁头车进行了模态分析，计算出了头车的固有频率和振型。结果表明：头车的振型大多分布在尾部端墙、靠近车尾处的底板、底板中部，使得这些部位成为车内噪声的主要来源。为了确保头车具有预期的疲劳寿命和良好的乘坐舒适性，应在设计、制造中加强尾部端墙、靠近车尾处的底板及底板中部的刚度，以提高其疲劳寿命，降低车内噪声。 综合应用有限元和边界元方法，将轨道不平顺引起的载荷作为激励条件，计算了车厢的振动响应，以及车身壁板在其激励力下的振动辐射噪声，得出了乘客室、司机室内的声场分布，分析了乘客室、司机室内噪声的分布特点，结果显示：乘客室后部的噪声比前部大，靠近侧墙处的噪声比中心线附近大；位于侧墙附近，在乘客室中后部的预测点的A声级最大，其值为65.2 dBA；在司机室中后部，靠近中心线的预测点的A声级最大，其值为75.5dBA。 讨论了声学贡献度的特点和根据贡献度控制噪声的策略，计算了北京地铁头车司机室和乘客室各单元的贡献度，结构表明：单元对声场内某一点的声学贡献度不仅与该单元振动幅度有关，而且还与该单元振动相位有关。在车顶板3、车厢底板4以及司机室端墙进行结构修改或涂敷阻尼浆，以抑制这些部位的振动，可降低司机室、乘客室内的噪声。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前言

1.1课题的研究意义

1.2轨道交通噪声的产生原因

1.3轨道交通噪声对人类的影响

1.4轨道交通噪声的评价标准

1.4.1国外噪声标准概况

1.4.2我国的噪声标准

1.5列车车内噪声传播路径

1.6轨道交通噪声的控制措施

1.7轨道交通噪声预测的研究进展及缺陷

1.8列车车内噪声计算方法概况

1.9本课题的主要研究工作及研究思路

1.9.1本课题的提出

1.9.2本课题的主要研究工作及研究思路

第二章北京地铁头车—轨道耦合振动分析

2.1 SIMPACK的动力学仿真环境

2.2头车多体系统的动力学模型

2.3轨道激励

2.4计算结果讨论及分析

2.5小结

第三章北京地铁头车车身结构模态分析

3.1模态分析理论

3.2头车车身有限元模型的建立

3.2.1有限元模型结构、材料参数设定

3.2.2白车身有限元模型

3.2.3整车有限元模型

3.3有限元模态结果分析

3.3.1白车身模态结果分析

3.3.2整车模态分析

3.3.3车内声场模态分析

3.4小结

第四章北京地铁头车声—结构耦合系统的声学响应分析

4.1声学边界元方程

4.1.1齐次的Helmholtz方程

4.1.2边界条件

4.1.3齐次Helmholtz方程的基本解

4.1.4声场边界积分方程

4.2头车声—结构耦合系统的声学响应分析

4.2.1载荷处理

4.2.2声学响应结果分析

4.3小结

第五章北京地铁头车声学贡献度分析

5.1声学贡献度分析的理论基础

5.2头车的声学贡献度分析(ATV分析)

5.2.1单元贡献度分析

5.2.2各面板的贡献度分析

5.3小结

第六章主要研究结论

参考文献

致谢

攻读工程硕士学位期间主要的研究成果