基于几何非线性动力学理论的浮置板隔振器设计研究

发布时间：2020-03-23 08:57

【摘要】：近年来,随着城市轨道交通系统日趋完善,越来越多的城市开展了地下轨道交通的修建工作。地下轨道交通的运行极大方便了城市居民的日常出行,但是随之而来的就是地铁运行引起的振动和噪声问题,尤为突出的主要问题则是振动问题。这不仅使周围的建筑物寿命受到影响,而且还会对建筑物内部的居民生活以及仪器的使用等造成不便。针对该问题,考虑引入浮置板减振轨道等对振动进行隔离。尽管浮置板减振轨道对高频部分的振动衰减效果十分明显,但对低频部分的隔振仍然存在着减振效果与运行稳定性之间的矛盾。因此在不影响其原有浮置板轨道承载能力的前提下,构造出具有低频隔振效果的非线性隔振系统对解决地下轨道交通产生的振动带来的一系列问题意义非凡。本文主要内容与成果概括如下:分析了简化后的普通钢弹簧浮置板减振轨道的受力机理。根据几何非线性动力学理论,将简化后含有阻尼的弹簧-质量系统改造为非线性隔振系统。分析了该非线性系统的静力学特性,通过调节几何参数可以使系统表现出不同的刚度特性,以解决轨道减振中低频部分的隔振问题。利用列车-钢轨仿真模型,结合空载、定员载荷、超员载荷三种不同载员工况,提取了地铁列车经过时浮置板减振轨道的外激励、浮置板位移响应以及传递到地基的力响应数据。并且为减小浮置板自身柔性等带来的影响,对仿真得到的激励谱和响应谱进行平均加权处理使其更加接近真实值。利用四阶Runge-Kutta法结合三种不同工况对新型非线性隔振器的关键参数进行优化分析,根据其工程实际施工需求以及地铁运行时的振动位移要求等,在满足需求其空间限制条件的情况下,以非线性隔振系统的响应为目标计算筛选参数配置方案,并对每种参数配置方案的敏感性加以分析以确保在工程上可以实现。分析了非线性系统的动力学特性,引入带有常数激励项的周期外激励形式,利用谐波平衡法对非线性系统进行求解,分析得到了非线性系统的幅频关系、相频关系以及系统的力传递率公式。根据系统在周期激励作用下的解析结果验证了扣件力激励下的数值计算结果的准确性。利用仿真软件对简化后的单自由度隔振进行建模分析,引入摩擦、接触刚度、阻尼力以及水平弹簧刚度等误差进行分析,将通过仿真计算得到的非线性系统的响应与数值计算得到的响应值进行对比,再次验证数值计算结果的准确性。并通过隧道模型来检测隧道壁振级,进一步验证非线性隔振系统的低频减振效果。
【图文】：

(c)重庆地铁交通网图 1-1 我国主要城市城轨交通网 城市轨道交通产生的环境问题上图我们可以看出我国几个主要城市地铁线路的密集程度，也反映的发展做出的巨大贡献。不过由于列车运行时轮轨接触带来的振动题，从未消失在人们的视野中。地铁运行一方面产生空气声，在隧，甚至通过地铁站出入口传至地面，产生噪声；另一方面，，对地铁轨值的随机的振动激励，该激励经由轨道基础、隧道、土壤介质、地面个途径传播至地面以及建筑物中，引起振动，甚而在建筑物内激发起振动发出声音，产生二次振动噪声[1]，对环境造成较大影响。年来，预计开展以及正在研发的一些工程项目中，轨道减振项目占了多。根据相关调查，减震轨道区段内往往还存在各种类型的病害，普动噪声大、车辆振动噪声大、钢轨异常磨耗、部件疲劳损坏等一系列因主要是由于采用了减震轨道后，降低了轨道和下部结构的耦合程量不能很好的传递到外部环境，尽管起到了降低环境振动的作用，但

(b) 浮置板横断面实际结构图(c) 浮置板横断面模型示意图图2-1 浮置板-轨道结构布置示意图由于单个 25m 长浮置板由 40 个隔振器构成，地铁是以一定速度通过浮置板，通过每个测点的时间点均不同，并且由于浮置板较长且具有不可忽略的柔性，导致每个测点所产生的振动 响应均有不同。所以考虑将浮置板隔振器系统简化为单自由度弹簧质量结构。以 70km/h 速度的列车通过时仿真结果为例，将所有测点结合车速进行平均计算，得到一组最为接近实测值的时域谱作为理论计算的扣件力、隔振器支反力以及浮置板位移谱。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB535.1;U231

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本文编号：2596499