高速列车引起的振动与噪声控制ppt课件.ppt
1,高速列车引起的振动与噪声控制,汇报内容,1.项目研究背景2.高速列车引起的地基振动与控制3.高速列车引起的噪声污染问题4.研究基础5.建议的研究课题,1.项目研究背景,1.研究背景,国家将在未来3-5年内，投入2.2万亿，建设18000km的高速铁路，形成新一轮的国家战略交通建设高潮。列车时速将达到250至300公里，目前已投入运营的京津城际高速铁路时速高达350公里。随着大量铁路的兴建与列车运行速度的日益提高，列车运行对周边环境的影响日益增大，高速列车引起的周边环境振动与噪声污染问题成为一个亟待解决的重要问题。,京津高速铁路,1.研究背景,Mg=1.1,Mg=0.5,研究表明，高速列车运行速度接近地基的临界波速时会引发马赫效应，导致车辆和线路的强烈耦合振动。同时，也会导致地基的剧烈振动，且振动影响范围大大增加。,1.研究背景,近几年来，我国在列车产生的噪声控制方面，取得了长足的进步，但与欧美、日本等国家相比，还存在一定差距，目前，我国关于高速铁道车辆的噪声标准也正在制定当中。高速列车产生的噪声主要包括：,轮轨噪声与 大地传播的振动和噪声 空气动力学噪声 电气噪声 其它噪声,1.研究背景,研究表明，时速240km/h的高速列车其各部分噪声所占的比重如下： 轮轨噪声与大地传播的振动和噪声40% 空气动力学噪声20% 电气噪声25% 其它噪声15%,这是我们关注的,2.高速列车引起的地基振动与控制,2.高速列车引起的地基振动与控制,对于高速列车引起的地基振动问题，现有研究主要把土体视为弹性介质：,以上研究存在的主要问题:Kelvin地基模型与弹性土体模型不能准确反映高速荷载作用下的地基振动特性。,Takemiya and Bian2005,周华飞等2004,本课题组引入Biot波动理论，建立了轨道系统-饱和土地基振动分析模型：,有渣轨道分析模型,2.高速列车引起的地基振动与控制,板式轨道分析模型,2.高速列车引起的地基振动与控制,列车低速运行时饱和土体与单相介质位移差别不大,列车高速运行时饱和土体与单相介质位移差别接近40%,此时，忽略二者的差别将带来很大误差,2.高速列车引起的地基振动与控制,超过此速度时，移动效应明显,临界速度时响应出现峰值,当荷载移动速度超过0.6倍地基剪切波速时，移动荷载的引起的位移明显放大，在临界速度处达到最大值。,2.高速列车引起的地基振动与控制,c0=0.2,c0=1.05,当列车低速运行时，列车引起的土体振动较小，在地基中迅速衰减。当列车运行速度超过临界波速时，土体振动剧烈，且振动在地基中衰减缓慢。,2.高速列车引起的地基振动与控制,对于有渣轨道，在高速情况下，提高道渣层厚度能够显著减小钢轨竖向加速度响应,以上研究都把列车荷载模拟成一系列恒载，未能考虑轨道不平顺等因素引起的轮轨动力作用力对地基振动的影响。在假定轮轨线性接触的情况下，课题组进一步建立了考虑轨道不平顺等因素的车体-轨道系统-饱和土地基耦合振动模型。,饱和土地基,2.高速列车引起的地基振动与控制,轮轨线性接触模型,2.高速列车引起的地基振动与控制,车辆 系统振动,轨道-地基系统振动,轮轨激扰,钢轨振动,轮轨关系动态变化,轮轨动态作用力,轮对振动,车辆-轨道系统-地基动态耦合作用机制,2.高速列车引起的地基振动与控制,c0 =0.2时，轮轨动力作用力在铁路中心线处引起的地表加速度占土体总体加速度水平的80%； c0 =0.6时，占45%； c0 =1.05时，占20%。分析了列车自重与轮轨动力作用力引起的地基振动随距离增大的衰减规律，低速时影响范围较小，超过临界波速时，影响范围大于30m。,2.高速列车引起的地基振动与控制,针对高速列车引起地基振动，远场被动隔振的研究主要有：,以上研究的主要缺陷为：1.土体为单相介质，不能准确预测高速情况下屏障的隔振效果。2.没有考虑轮轨不平顺等因素对地基振动的影响。,隔振沟隔振,Karlstrom and Bostrom 2007,2.高速列车引起的地基振动与控制,高速列车引起的地基振动与控制方面研究主要存在以下问题：对广泛使用的列车-高架桥-饱和土地基系统的振动特性问题，缺乏合适的分析模型与分析理论。未对加固后形成复合地基的路堤振动特性进行研究已有列车振动屏障隔振研究未考虑轮轨不平顺对地基振动的影响缺乏饱和土体中对高速列车引起振动的远场屏障隔振理论研究,3.高速列车引起的噪声污染问题,3.高速列车引起的噪声污染问题,高速列车运行过程中产生的噪声的分布情况,3.高速列车引起的噪声污染问题,轮轨噪声主要是由于轨道和车轮的不平顺引起,随着列车的运行，轨道产生不平顺将不可避免,3.高速列车引起的噪声污染问题,轮轨噪声目前的研究主要考虑以下三部分： 车轮辐射的噪声 钢轨辐射的噪声 枕木辐射的噪声,3.高速列车引起的噪声污染问题,列车引起的轮轨噪声计算模型图,轮轨噪声方面研究存在的问题：,将地基作为Winkler地基进行考虑，在分析轨道和枕木振动时会产生很大的误差，从而给分析轮轨产生的噪声也带来误差。另外不考虑地基的存在也无法分析由地基传播的低频振动和噪声。轮轨切向相互作用是产生轮轨滚动噪声的重要原因之一，需要予以考虑。未对高速列车荷载下高架桥结构产生的低频噪声进行系统研究,3.高速列车引起的噪声污染问题,建议的研究课题,基于饱和土体波动理论，结合轮轨线性或非线性接触理论，建立高速列车运行过程中列车-轨道系统-饱和土地基耦合分析模型，研究轮轨不平顺等对地基振动的影响及振动在饱和地基中的传播规律，并在此基础上，建立列车引起的地基振动的远场隔振分析理论与方法，以形成系统的高速列车引起地基振动预测与控制方法。针对采用桩或土工合成材料加固的路堤，采用车体-轨道-路基耦合动力学研究在高速列车荷载作用下的动力特性，确定其对地基振动的影响。研究远场排桩与隔振沟对高速列车引起的地基振动的隔振效果，确定其关键设计参数。研究高速列车-高架桥-地基系统的振动特性，确定其引起地基振动的影响范围和关键控制参数。对于高速列车引起的轮轨噪声研究，采用车体-轨枕-地基耦合分析模型，准确分析高速列车轨道与枕木产生的噪音以及地基中传播的低频段噪声，提出有效噪声控制措施。研究列车荷载下高架桥结构的低频噪声产生机理以及控制措施。引入轮轨切向接触模型，分析轮轨切向作用力对轮轨噪声的影响。,谢谢各位专家,
