列车车轮振动声辐射预测及车轮减振降噪装置开发

论文摘要

针对高速和地铁车轮的滚动噪声抑制问题,基于混合有限元-边界元法和轮轨噪声原理,建立轮轨滚动噪声计算模型,并利用该模型对高速和地铁车轮进行振动声辐射预测及车轮减振降噪装置开发。首先,以我国现役的三种高速车轮和四种地铁车轮为研究对象,建立车轮的三维实体有限元模型和声学边界元模型,基于上述方法,对现役的几种不同型式车轮在名义接触点处典型轮轨联合粗糙度激励下的声辐射进行计算分析和比较研究。接着,以我国某新型地铁车轮为研究对象,建立车轮三维实体有限元模型,详细分析车轮的自由振动和频率响应特性；然后以振动响应的结果作为速度边界条件,利用声学边界元法计算车轮的辐射噪声,讨论刹车盘安装在辐板两侧时对车轮振动声辐射的影响。计算分析了辐板安装式刹车盘对车轮在名义接触点处单位法向力激励、轮缘位置单位横向力激励以及轮轨名义接触点处四种不同轮轨联合粗糙度激励下的振动声辐射特性的影响。最后,开发一种用于列车车轮低噪声控制的新型辐板屏蔽阻尼装置,该装置由多层约束阻尼噪声屏蔽板交替锚接在车轮的轮辋和轮毂上。以我国高速动车组CRH3型车轮为研究对象,基于上述方法,建立辐板屏蔽阻尼车轮振动声辐射计算模型。通过数值方法,计算分析不同阻尼材料及阻尼材料温频变化特性对其振动声辐射特性的影响规律,探寻最佳的阻尼材料选择方案。并设计基于阻尼环和阻尼屏蔽板的低噪声车轮装置,对上述的车轮辐板屏蔽式阻尼结构进行改进。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 车轮形状优化
• 1.2.2 阻尼车轮
• 1.2.3 弹性车轮
• 1.2.4 车轮噪声屏蔽板
• 1.2.5 小结
• 1.3 论文主要研究工作
• 第2章 车轮振动声辐射理论基础
• 2.1 动力学基础
• 2.1.1 模态分析
• 2.1.2 频响分析
• 2.2 声学计算基础
• 2.2.1 声场特征及声波方程
• 2.2.2 基于边界元法的声辐射计算
• 2.3 轮轨滚动噪声激扰模型
• 2.3.1 轮轨表面粗糙度
• 2.3.2 几种激励输入模型
• 2.4 轮轨相互作用
• 2.4.1 接触刚度
• 2.4.2 接触滤波
• 2.5 小结
• 第3章 现役车轮声辐射对比及选型
• 3.1 轮轨噪声预测模型
• 3.2 计算模型简介
• 3.3 数值计算结果与讨论
• 3.3.1 高速车轮
• 3.3.2 地铁车轮
• 3.4 小结
• 第4章 辐板安装式刹车盘对车轮振动声辐射的影响
• 4.1 计算模型简介
• 4.2 数值计算结果与讨论
• 4.2.1 刹车盘对地铁车轮固有模态的影响
• 4.2.2 刹车盘对地铁车轮振动频响的影响
• 4.2.3 刹车盘对地铁车轮辐射声功率的影响
• 4.2.4 不同粗糙度激励下刹车盘对地铁车轮辐射声功率的影响
• 4.2.5 刹车盘对地铁车轮辐射声场的影响
• 4.3 小结
• 第5章 辐板屏蔽式阻尼结构开发
• 5.1 辐板屏蔽式阻尼结构介绍
• 5.2 计算模型简介
• 5.3 数值计算结果与讨论
• 5.3.1 车轮振动响应
• 5.3.2 车轮辐射声功率及辐射声场
• 5.4 小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目