基于FE-SEA混合法连续板梁钢-混结合梁桥结构噪声研究分析

发布时间：2020-05-18 17:38

【摘要】：由于铁路运输具有运输能力大、运输速度快、运输成本低、占地少、能耗低、通用性好、安全可靠、准点率高、受自然环境影响小等优点,已成为最重要的交通运输方式之一。自2003年我国开通第一条高铁以来,高铁建设在全国各地正蓬勃开展。随着我国高速铁路和城际交通的快速发展,在带动我国经济快速发展、给人们的出行带来方便的同时,其产生的噪声问题正在不断影响着人们的生活,且随着人们生活水平的不断提高,人们对这个问题的关注度也越来越高。另一方面,与路基区段相比,桥梁区段的噪声更为突出,且在我国轨道交通的线路中桥梁所占的比例很高,因此对桥梁结构的振动响应和噪声传播规律及减振降噪措施进行研究具有重大意义。连续板梁钢-混结合梁桥由于它的跨度相比其它桥梁来说更大,因此在轨道交通中连续板梁钢-混结合梁桥的使用也越来越频繁,但其产生的噪声对人体的危害很大,引起了沿线居民的大量投诉,这也是制约其发展的重要因素。本文针对连续板梁钢-混结合梁桥结构噪声的产生和传播规律及减振降噪措施开展相关研究工作。本文基于声固耦合理论,结合有限元法(FEM)、统计能量法(SEA)各自的优点,采用FE-SEA混合法建立了连续板梁钢-混结合梁桥结构噪声预测模型。将模型分为FE、SEA子系统,这样既能避免有限元法(FEM)算高频时计算效率低下的问题又能弥补统计能量法(SEA)算低频时不精确的问题,很好的解决了计算效率与计算精度的矛盾。本文的主要工作如下:(1)介绍了我国轨道交通的发展现状和桥梁振动与噪声的研究现状,阐述了对连续板梁钢-混结合梁桥进行振动与噪声及减振降噪措施研究的必要性,指出了现阶段对连续板梁钢-混结合梁桥噪声研究的不足,也介绍了FE-SEA混合法的基本理论及桥梁结构声辐射理论,最后再介绍本文主要的研究内容。(2)首先基于车辆-轨道-桥梁耦合动力学理论,通过SIMPACK软件建立车-轨-桥耦合模型,以轨道高低不平顺为激励,求得时域内的垂向扣件力,再经过FFT变换求得频域内的垂向1/3倍频程扣件力。(3)运用VA one软件建立连续板梁钢-混结合梁桥模型。依据连续板梁钢-混结合梁桥各板块在不同频段内的弯曲模态数是否大于5,分频段建立桥梁模型,且钢-混结合梁桥的结构噪声主要为中高频。因此,在20Hz~200Hz建立FE-SEA混合模型,200Hz~1600Hz建立SEA模型,并将频率内的垂向1/3倍频程扣件力加载到桥面板上。(4)通过仿真分析当列车时速为200 km/h时,连续板梁钢-混结合梁桥在20Hz~1600Hz频域范围内各板块的振动响应。再根据声辐射理论,分析桥梁结构噪声的声压级及传播规律,同时分析桥梁各板块的声贡献量,得出连续板梁钢-混结合梁桥振动响应与结构噪声辐射的最关键板块。(5)通过仿真分析当列车时速分别为200km/h、250km/h、300km/h三种工况连续板梁钢-混结合梁桥在20Hz~1600Hz频域范围内振动速度级、振动加速度级、声压级、声压贡献量、振动能量级以及振动功率损失等的变化情况,得出不同车速的列车对连续板梁钢-混结合梁桥振动与结构噪声的影响规律。(6)通过仿真分析当桥上列车分别以单向行驶、双向行驶通过时,连续板梁钢-混结合梁桥在20Hz~1600Hz频域范围内振动速度级、振动加速度级、声压级、声压贡献量、振动能量级以及振动功率损失等的变化情况,得出桥上列车单、双向行驶时对连续板梁钢-混结合梁桥振动与结构噪声的影响规律。(7)根据连续板梁钢-混结合梁桥的局部振动及结构噪声声辐射特性,分析当材料参数、截面尺寸等变化时,桥梁的振动响应及结构噪声的变化情况,从而总结出各参数对连续板梁钢-混结合梁桥结构噪声的影响规律,最终提出在保证桥梁结构安全可靠的前提下各参数的最优选取范围建议,为连续板梁钢-混结合梁桥的减振降噪提供可靠的依据。
【图文】：

（1）本课题以某铁路线路上的连续板梁钢-混结合梁桥为研究对象，通过查阅相关文献，对 FE-SEA 混合法的基本理论进行了研究，并基于 FE-SEA 混合法原理建立双线（32+40+32）m 连续板梁钢-混结合梁桥模型，在 20Hz-200Hz 频域内，建立 FE-SEA 混合模型，在 200Hz-1600Hz 频域内建立 SEA 模型。（2）基于车辆-轨道-桥梁耦合动力学理论，通过 SIMPACK 软件建立车-轨-桥耦合模型，以轨道高低不平顺为激励，求得时域内的垂向扣件力，再经过 FFT 变换求得频域内的垂向 1/3 倍频程扣件力，并加载到桥面板上。（3）通过仿真分析频域内桥梁的振动响应、结构噪声、声辐射传播规律以及桥梁各板块的声贡献量等，以此获取在对连续板梁钢-混结合梁桥进行减振降噪时的最关键板。（4）通过对车速、单双向、截面尺寸、材料参数等的改变，从而发现当这些相关影响因数发生改变时对桥梁各板块的振动及结构噪声的影响，进而为连续板梁钢-混结合梁桥的截面优化提出建议并验证桥梁截面优化后减振降噪的效果，提出在保证桥梁结构安全可靠前提下参数的最优选取范围建议。

第三章 建立模型及数值分析3.1 仿真分析流程本文的仿真流程如图3-1所示，，基于车辆-轨道-桥梁耦合动力学理论，通过SIMPACK软件建立车-轨-桥耦合模型，以轨道高低不平顺为激励，求得时域内的垂向扣件力，再经过 FFT 变换求得频域内的垂向 1/3 倍频程扣件力。同时，根据连续板梁钢-混结合梁桥各板块弯曲模态数是否大于 5，分频段建立 FE-SEA、SEA 桥梁模型。再将垂向 1/3倍频程扣件力加载到桥面板上，通过计算获取连续板梁钢-混结合梁桥的振动响应，并
【学位授予单位】：华东交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U441

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本文编号：2670084