高速列车噪声问题的研究进展

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1、高速列车噪声问题的研究进展王云（大连交通大学交通运输工程学院车辆（潜天佑）10-2班1003050123）摘要；发展高速铁路必须要考虑噪声问题，苡速列车噪声产生机理分析表明，铁路噪声主要由轮轨噪声，气动噪声和结构噪声等组成.随着速度的进•一步提岛，轮轨噪声和气动噪声越来越成为主要W素，因此着重分别论述了轮轨噪声和气动噪声的产生原理，噪声源的预测和研宂方法，据此提出r相应的降噪措施.关键同：髙速列车轮轨噪声气动噪声研宄方法引言国家将在未来3-5年内，投入2.2万亿，建设18000km的高速铁路，形成新一轮的国家战略交通建设高潮，列车时速将达到250至300公里，随着大量铁路

2、的兴建与列车运行速度的H益提高，列车运行对周边环境的影响H益增大，高速列车引起的周边环境振动与噪声污染问题成为一个亟待解决的重要问题。1高速列车噪声产生机理和分类根据国内外铁路噪声理论研宄和试验测试：铁路噪声主要由结构噪声、轮轨噪声和空气动力噪声等组成，按照结构噪声、轮轨噪声和空气动力噪声占主导所对应的列车运行速度范围，可以将列车运行速度分为3个区段，2个不同区段分界点的列车运行速度称之为声学转换速度。列车的声学转换速度不是固定不变的，它与列车和轨道的状态、所采取的减振降噪措施有关。经研宄表明，当列车的速度达到每小时250-300公里时，列车以轮轨噪声为主;随着速度的进一

3、步提高，气动噪声的贡献越来越大.因此，对于高速列车，着重研宄轮轨噪声和气动噪声对于防治噪声的污染有着非常重要的意义.2轮轨噪声的研究进展2.1研宄思路与方法采用了频域一时域相结合的研究方法，首先用根据车辆一轨道耦合系统动力学计算求得非线性轮轨力时域历程，并转换为频域轮轨力谱；然后运用虚拟激励法，结合轮轨系统结构导纳，求得轮轨系统结构表曲*的速度谱；最后利用声辐射效率把轮轨系统的振动转换成嗓声，并求得总噪声。2.2轮轨系统振动响应振动是噪声的源头，要精确预测轮轨系统噪声辐射，必须准确模拟轮轨系统结构的振动。2.2.1车辆一轨道耦合振动列车一轨道耦合振动系统由机车车辆子系统、

4、轨道子系统和轮轨耦合子系统构成。其中机车车辆子系统被视为具有1、2系悬挂的由车体、转向架构架及轮对组成的刚体系统。不考虑车体、转向架构架及轮对的弹性变形，并假设车体前后左右对称，转向架构架左右对称，车辆模型共有35个自由度，即车体沉浮、横摆，点头，侧滚和摇头运动，前后转向架构架沉浮、横摆、点头、侧滚和摇头运动，4个轮对沉浮、横摆，点头，侧滚和摇头运动。高速铁路中常采用的轨道结构有有砟轨道、弹性支承块无砟轨道、板式无砟轨道和双块式无砟轨道等。轨道子系统钢轨可视为无限长Timoshenko梁，考虑了钢轨垂向和横向的横截面变形和转动惯量的影响，根据不同形式的轨下结构，建模有不同

5、，如有砟轨道，轨下结构采用多层连续弹性离散点支承，轨枕和道床可视为质量块，轨枕考虑其垂向、横向和扭转运动，而道床只考虑垂向振动。轨耦合子系统是车辆-轨道耦动力学的核心，它是车辆子系统和轨道子系统之的连接纽带，二子系统之间的耦合与反馈作用均通过轮轨关系来实现。轮轨法向力由赫兹非线性弹性接触理论确定，轮轨切向蠕滑力由Kalker线性蠕滑理论和沈氏理论确定。2.2.2轮轨系统随机响应运行于轨道上的列车受到随机不平顺激扰时，会产生随机的轮轨相互作用力，由于车辆-轨道耦合系统存在较强的非线性因素，故这种随机轮轨相互作用力W能在时域内得到。对于轮轨噪声贡献比较显著的主要部件是车轮、钢

6、轨、轨枕和轨道板等，只要知道这些部件的导纳特性，把时域屮随机轮轨相互作川力转换成轮轨力谱作力系统的激励，就可以运川虚拟激励法得到部件表面相应的速度响应谱。假设列车在直线轨道上行驶，且各轮轨产生的轮轨力相同，就可以用单源同相位激励模型。对于列车在轨道上行驶时各轮轨产生的轮轨力是不相同的实际情况，可以用多点激励模型。2.3轮轨表面粗糙度轮轨表凹粗糙度是轮轨滚动噪声的激励输入。因此，轮轨表面粗糙度的合理与否，直接关系到轮轨随机振动响应及噪声辐射的模拟结果的正确与否。人们一直努力探求符合实际的轮轨表面粗糙度的表达方法及输入形式。通常，轮轨表面粗糙度用粗糙度(空间)谱来表达，由于轮

7、轨表面粗糙度的随机性，其谱只能通过实验测量的方法得以确定。对于速度高于200km-h的高速列车來说，大于250mm的不平顺波长仍然可以激起数百赫的振动，而100Hz以上的振动所辐射噪声是很容易为人们所感受到的。文巾将粗糙度最大波长収为500mm，此时，对于一列200km*h-1〜360km•h-1的列车来说，可激起的振动响应最小频率为illHz〜200Hz，能有效地模拟100Hz以上的振动。2.4轮轨接触域的滤波特性轮轨表面粗糙度屮波长小于或等于轮轨接触域尺寸的成分，对激发轮轨系统振动作川会被削弱。为此引入滤波函数H(k)，用