地铁运行引起建筑物振动及二次噪声的数值分析

地铁运行引起的建筑物振动和二次结构噪声问题被大量居民投诉,为了给解决这一问题提供参考,本文以西安某建筑物为研究对象,在大型有限元软件ANSYS和声学软件Virtual Lab中分别建立隧道—土体—建筑物三维有限元模型和建筑物边界元模型,结合实测数据验证模型的正确性,采用直接边界元法重点分析建筑物内二次结构噪声响应以及声场分布,并通过改变建筑物吸声条件,以更便捷的方式达到降噪目的。结果表明:建筑物内的振动和噪声都随着楼层增加,先减小后增大;建筑物全反射时,内部声压级在水平和纵向呈对称分布;与建筑物全反射相对比,吸声系数主要对40 Hz之后频率成分起作用;地面铺设陶粒吸声砖,墙壁为砖墙(抹灰)时,建筑物各层等效A声级可降低6.8~8.8dB,解决了实测数据超过噪声限值的问题,满足了国家规范。

随机不平顺激励下地铁整体道床式轨道振动特性研究

对地铁钢轨振动特性和支座反力的探究是研究地铁引起环境振动的关键。为研究整体道床式轨道的振动特性,基于二维车辆–轨道耦合动力学数值分析法和三维有限元法对不同车速、不同轨道不平顺激励工况下的钢轨垂向振动加速度、振动速度、钢轨位移、支座反力和时域轮轨力进行仿真计算。结果表明:车速一定时,由同种方法计算得到的不同轨道不平顺激励下钢轨最大的垂向位移、支座反力在数值上的差异在5%以内;同种轨道不平顺谱激励下,钢轨最大的垂向振动加速度、振动速度、垂向位移、支座反力以及时域轮轨力波动范围随车速增大而增大;在钢轨最大垂向振动速度、垂向位移和支座反力方面,基于二维数值分析模型的计算结果大于三维有限元模型的计算结果。根据两种方法计算所得的最大支座反力分别占单个车轮静载的40.46%和37.44%;同一车速工况下,钢轨最大的垂向振动加速度、垂向速度、垂向位移、最大支座反力以及时域轮轨力的最大变化范围均在美国五级谱激励条件下取得。

列车车轮辐射声场的有限元法-边界元法研究

为探索车轮在轮轨表面粗糙度激励下的振动辐射声场特征,利用有限元法-边界元法相结合的方法,完成了建立车轮和轨道的三维有限元模型,根据有限元法分析其结构振动模态和位移导纳特性,通过声学边界元软件Virtual.Lab对车轮辐射声场及真实激励下辐射声功率级进行预测研究。结果表明:轮轨接触点处车轮径向导纳变化剧烈,在计算频率范围内自振频率较多,而钢轨的垂向导纳变化整体较为平和,在钢轨Pinned-Pinned频率附近变化较剧烈;车轮的声辐射具有较强的指向性,其声辐射效率在低频时较小,随着频率增大而增大,并逐渐趋于1;计算得到的每单位粗糙度的接触力与D.J Thompson根据轮轨相互作用模型计算出的结果基本相符,真实激励下的声辐射功率总体来看高频范围的声功率级大于低频范围。研究结果可为进一步探讨列车车轮在真实激励下的辐射噪声预测及控制提供帮助与参考。

列车车轮滚动噪声的频域特性研究

为探究轮轨表面粗糙度激励下车轮的振动辐射声场特征,采用有限元法-边界元法相结合的方法,建立车轮和轨道的三维有限元模型。分析了其结构振动模态和位移导纳,并通过声学边界元软件LMS Virtual.Lab建模,对车轮辐射声场与真实激励下辐射声功率级进行预测研究。结果表明,轮轨接触点处车轮径向导纳变化剧烈,在计算频率范围内自振频率较多,而钢轨垂向导纳变化整体较为平和,仅在钢轨Pinned-Pinned频率附近变化较剧烈;车轮的声辐射效率在低频时较小,随着频率增大而增大,并逐渐趋近于1;计算得到的每单位粗糙度接触力与Thompson的计算结果基本相符,在国际标准BS EN ISO3095:2013激励下,高频范围的声功率级大于低频范围。研究结果为探讨轨道车轮在真实激励下的辐射噪声预测及控制提供了帮助与参考。