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不同频率钢轨的振动特性研究

作　者: 孙方遒
导　师: 谷爱军
学　校: 北京交通大学
专　业: 道路与铁道工程
关键词: 钢轨实体模型位移导纳振动特性频率轨下阻尼吸振器
分类号: U213.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 166次
引　用: 3次
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内容摘要

为了更有效地控制钢轨振动及其引起的辐射噪声以及与钢轨振动有关的诸多钢轨病害,必须掌握钢轨在各个频率振动的特点及传递特性。本文在总结分析国内外钢轨振动模型及研究的基础上,针对梁模型和短实体模型在中高频钢轨振动研究中的局限性,建立了120m长的钢轨实体有限元振动分析模型。研究了钢轨在0～20kHz之间的垂、横向振动特性,给出了0～20kHz长实体钢轨的振动导纳图,及典型频率钢轨的振型,以及轨下阻尼对振动传递的影响。对比分析了钢轨Euler梁、Timoshenko梁模型和实体模型在不同频率钢轨垂、横向振动计算中的差别。并建立钢轨—约束阻尼吸振器长实体模型,分析该吸振器在不同频段对钢轨垂、横向振动特性的影响及减振效果。研究表明,钢轨在小于垂向共振频率时的振型类似于静弯变形,随频率增加变形增大；大于共振频率,钢轨振动呈现多波振型。随着垂、横向振动频率进-步增加,钢轨截面产生变形。钢轨Euler梁模型和Timoshenko梁模型适用截面未发生变形前的垂向振动分析。在横向振动分析时,梁模型无法反映钢轨于轨头处横向激励引起的扭转变形,计算结果与实体模型差别较大。高频振动在钢轨中传递距离远,相同频率下,横向振动的传递距离远大于垂向振动。增大轨下阻尼对钢轨出现多波振型后的垂、横向振动均有明显抑制作用,可以减小振动传递距离以及振幅。本文研究的钢轨约束阻尼吸振器对钢轨低频垂向振动影响较小,对钢轨一阶pinned-pinned振动等垂向振动峰值时的振动有明显的控制效果。安装吸振器减小了钢轨扭转变形,对大多数频率的横向振动均有控制作用。其中轨腰部位的减振效果最为明显。本文研究克服了以往钢轨振动分析的不足,给出了钢轨在0～20kHz之间各个频率的振动和传递特性及其影响因素,为进一步研究钢轨振动与噪声控制及其他与振动相关的问题提供了理论依据。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
1 绪论  11-25
  1.1 轨道交通振动和噪声  12-14
    1.1.1 轨道交通噪声分类  12
    1.1.2 轨道交通振动的影响  12-13
    1.1.3 轨道交通振动产生的原因  13
    1.1.4 轨道结构减振措施  13-14
  1.2 国内外研究现状分析  14-23
    1.2.1 轨道结构动力分析研究  14-19
    1.2.2 钢轨振动特性及吸振器研究  19-23
  1.3 本文研究意义及主要研究内容  23-25
    1.3.1 研究意义  23-24
    1.3.2 主要研究内容  24-25
2 钢轨实体有限元模型的建立及计算方法  25-39
  2.1 梁体结构及弹性实体有限元原理  25-32
    2.1.1 梁单元有限元理论  25-29
    2.1.2 弹性实体有限元理论  29-32
  2.2 钢轨振动模型建立  32-35
  2.3 钢轨振动模型主要参数  35-36
  2.4 钢轨模型加载  36-37
  2.5 本章小结  37-39
3 钢轨垂向振动特性分析  39-65
  3.1 不同频率钢轨实体模型垂向振动特性  39-55
  3.2 两种钢轨梁模型和实体模型垂向振动特性比较分析  55-56
  3.3 钢轨垂向振动传递特性及轨下阻尼的影响  56-63
    3.3.1 钢轨垂向振动传递特性  56-59
    3.3.2 轨下垂向阻尼对钢轨垂向振动特性影响  59-63
  3.4 本章小结  63-65
4 钢轨横向振动特性分析  65-81
  4.1 不同频率钢轨实体模型横向振动特性  65-71
  4.2 钢轨梁模型和实体模型横向振动特性  71-72
  4.3 钢轨横向振动传递特性及轨下阻尼的影响  72-79
    4.3.1 钢轨横向振动传递特性  72-75
    4.3.2 轨下横向阻尼对钢轨横向振动传递特性影响  75-79
  4.4 本章小结  79-81
5 安装约束阻尼吸振器钢轨垂横向振动特性分析  81-95
  5.1 约束阻尼吸振器原理  81-82
  5.2 钢轨-约束阻尼吸振器模型  82-83
  5.3 钢轨-约束阻尼吸振器振动特性  83-93
    5.3.1 垂向振动特性  83-89
    5.3.2 横向振动特性  89-93
  5.4 本章小结  93-95
6 结论与展望  95-97
  6.1 结论  95-96
  6.2 展望  96-97
参考文献  97-101
作者简历  101-105
学位论文数据集  105

不同频率钢轨的振动特性研究

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