高速列车振动的传播与隔振工程研究

论文摘要

现代高速列车运行中,将引起强烈的地面振动,这种振动以粘弹性波的形式向周围传播,对铁路沿线范围内人们的身体健康、生活和工作环境质量、建筑物的安全以及精密仪器的正常使用可能造成严重的影响,引起了国内外许多研究工作者的极大关注。本文对高速列车振动的传播和隔振工程方面进行了较系统地理论分析和数值研究。主要研究内容包括:(1)总结列车—轨道系统研究的解析模型,列车载荷可以采用简谐载荷模拟并在ADAMS/Rail软件中建立列车—轨道系统的多体动力学模型,利用弹性支承实现列车—轨道—地基系统的耦合,对轨道随机不平顺激扰下,列车—轨道—地基系统动力仿真,得到轮轨接触力;较为精确的解决了列车振源问题。(2)从理论分析入手,研究了弹性波在土壤介质中的传播特性,根据主要阻隔瑞利波,提出了本文隔振工程研究范畴:远场被动隔振。(3)对五种隔振屏障设计方案进行数值分析:空沟、填充沟、多排桩、刚性墙、蜂巢状桩屏障。(4)沟屏障的隔振效果对屏障的材料刚度最敏感,其次为屏障的深度。(5)多排桩屏障对排数比较敏感,受多种因素影响,呈现出复杂的性质。在屏障后有一定的屏蔽区,在屏蔽区内隔振效果良好。(6)对于低频远场被动隔振,刚性夹心墙与空沟屏障隔振效果类似。(7)蜂巢状桩屏障的隔振效果对蜂巢状围成的区域内填充材料比较敏感。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.1.1 环境振动影响沿线居民的正常生活和工作
• 1.1.2 环境振动影响周围建筑物尤其是古旧建筑物的结构安全
• 1.1.3 环境振动影响精密设备和仪器的生产及正常使用
• 1.2 铁路交通环境振动的研究背景及隔振途径
• 1.2.1 铁路交通环境振动的研究背景
• 1.2.2 铁路交通引起环境振动的研究内容以及隔振途径
• 1.3 当前国内外研究现状
• 1.3.1 振源激励力的模拟
• 1.3.2 弹性半空间地基土中波的传播
• 1.3.3 屏障隔振研究现状
• 1.4 当前研究中存在的问题
• 1.5 本课题的主要内容
• 第2章 列车-轨道系统振动的研究和模拟
• 2.1 铁路振动的基本特征
• 2.2 列车－轨道系统研究的解析模型
• 2.2.1 准静力载荷
• 2.2.2 准静力载荷以及动态载荷共同作用
• 2.3 列车－轨道系统多体动力学模型
• 2.3.1 多体系统动力学建模基础知识
• 2.3.1.1 多体系统动力学简介
• 2.3.1.2 坐标系变换
• 2.3.2 ADAMS系统功能与建模
• 2.3.2.1 ADAMS系统功能
• 2.3.2.2 ADAMS/Rail中车辆计算理论
• 2.4 车辆—轨道系统动力学仿真模型
• 2.4.1 车辆—轨道系统动力学模型
• 2.4.2 车辆—轨道系统激励模型
• 2.4.2.1 轨道几何不平顺
• 2.4.2.2 轨道随机不平顺激扰模型
• 2.4.3 车辆—轨道—弹性地基系统耦合模型
• 2.4.3.1 ADAMS/Rail 中柔性轨道系统模型
• 2.4.3.2 ANSYS 中地基系统模型
• 2.4.3.3 车辆—轨道—弹性地基系统耦合模型
• 2.4.4 车辆—轨道—弹性地基系统动力分析
• 2.4.5 垂向轮轨接触力频域分析
• 第3章 屏障隔振的基本原理
• 3.1 弹性波在弹性半空间的传播
• 3.1.1 弹性无限介质中的波
• 3.1.2 弹性半空间介质中的波
• 3.1.3 成层体系弹性半空间介质中的波
• 3.1.4 波的传播及随距离的衰减
• 3.2 振动表示方法
• 3.3 近场主动隔振与远场被动隔振
• 3.4 屏障隔振分析方法简介
• 第4章 屏障隔振的数值分析
• 4.1 屏障隔振设计方案
• 4.2 屏障隔振系统的有限元分析
• 4.2.1 计算假定
• 4.2.2 模型的尺寸确定
• 4.2.3 单元尺寸的确定
• 4.2.4 时间步长的确定
• 4.2.5 动力边界条件的确定
• 4.2.5.1 远置人工边界
• 4.2.5.2 粘性边界
• 4.2.5.3 透射边界（一致边界）
• 4.2.6 模型大小和边界条件的确定
• 4.3 屏障隔振系统模型二维有限元分析
• 4.3.1 简谐载荷作用下地表稳态响应
• 4.3.2 竖向和水平振动振级
• 4.3.3 简谐载荷作用下屏障隔振计算结果
• 4.3.3.1 沟屏障计算结果
• 4.3.3.2 多排桩屏障计算结果
• 4.3.3.3 夹心刚性墙屏障计算结果
• 4.2.3.4 蜂巢状桩屏障（两排）计算结果
• 4.3.4 瞬态载荷作用下地表响应
• 4.4 多排桩隔振系统模型三维有限元分析
• 4.4.1 多排桩隔振系统的有限元模型
• 4.4.2 多排桩隔振系统的计算分析
• 4.4.3 多排桩隔振系统三维和二维模型的分析比较
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录