吴强[1]2013年在《基于道旁声学信号的列车滚动轴承故障诊断技术研究》文中认为本论文以列车滚动轴承的状态监测和故障诊断为研究目标,以道旁声学信号为研究对象,针对道旁声学信号故障诊断领域中存在的频谱畸变、混合信号中微弱成分的提取、强噪声背景下目标信号有效降噪等问题。通过将小波变换、独立分量分析、集合经验模态分解、谱峭度理论等四种非平稳信号处理方法以及重采样和变采样技术引入到列车滚动轴承声学信号故障诊断领域,对上述相关问题进行了深入的理论和应用研究。首先,从运动几何学和声学模型两个角度研究了多普勒效应引起采集信号频谱畸变的本质原因。通过引入重采样技术,采用微元近似的思想,提出基于频偏曲率的等间隔重采样校正算法,实现了对频谱畸变的校正,并对该方法在频谱校正中的适用范围进行了讨论。为更准确恢复采样信号频谱,基于道旁信号频谱畸变的特征,利用插值技术逐点恢复原信号,首次提出逐点变采样校正算法,并采用仿真信号和实验信号对两种算法有效性进行了验证,结果显示两种算法在各自适用范围内均有效解决了多普勒效应带来的频谱结构畸变。其次,针对道旁采集的声学信号为多源混合信号且列车轴承信号成分相对微弱的特点,引入独立分量分析技术和快速独立分量分析算法(FastICA),并研究了约束独立分量分析理论,讨论其两个关键问题：参考信号和门限阈值的选取参考原则。针对无法确定源数目的独立分量分析欠定问题,研究了小波变换理论,对连续小波变换的冗余性作了分析,提出在频域主能区采用等间隔选取伪中心频率的方法确定小波变换的尺度,既解决了信号相互之间的相关性,又极大减少了分解尺度。提出了等间隔尺度小波变换盲源提取方法,实现混合信号中的微弱成分提取,实验结果表明该方法在提取微弱冲击信号方面的有一定的效果。最后,为了有效提高强噪声背景下微弱冲击信号的信噪比,将谱峭度理论应用于声学信号的故障诊断领域,研究了谱峭度法在强噪声背景下对微弱冲击信号的敏感性,并对快速峭度图算法降噪性能采用实例进行了验证,结果表明该算法降噪效果明显。针对道旁滚动轴承声学信号能量微弱特点,提出两种基于谱峭度的二次滤波算法,一种是EEMD的二次滤波降噪算法,研究了EEMD算法在降噪方面的特点并就噪声选取的原则问题进行了分析；另外一种是CWT和ICA相结合的二次滤波算法,针对二次滤波特点,提出连续小波变换的基函数和分解尺度选取原则,并采用滚动轴承内圈故障和滚子故障声学信号对两种算法的二次滤波的效果作了验证,实验结果表明两种二次滤波算法的故障信号信噪比都显着提高。此外,本文的研究都是建立在实验验证的基础上,多普勒效应实验平台实现了对道旁声学信号因多普勒效应造成的信号频谱畸变的研究,而基于声学信号的列车滚动轴承故障实验平台为不同状态下列车滚动轴承声学信号的研究,提供了数据支持,实验结果验证了上述方法的可行性和有效性。
杨国伟, 魏宇杰, 赵桂林, 刘玉标, 曾晓辉[2]2015年在《高速列车的关键力学问题》文中研究指明在过去10年时间,中国和谐号系列高速列车经历了一系列速度上的飞跃.在最初引进消化吸收基础上,研制了新一代高速列车并大规模投入运营,伴随这一过程的大量试验与工程实践,大大促进了对高速铁路这样一个车-线-网-气流强耦合的复杂大系统中的关键力学问题的深入理解和全面研究.该文将从6个方面对高速列车研制和运行过程中的典型力学问题的研究进展以及未来的研究方向做一个梳理.考虑到这样一个大系统的复杂性,同时也为了使对高速列车感兴趣的技术与科研人员对这些力学问题有一个比较全面的认识,文中将分别就高速列车的空气动力学、弓网关系、车体振动与车体模态设计、车体运行稳定性、高速轮轨关系、关键结构的运行可靠性和列车噪声等方面的研究进行总结和展望.同时也对中国及国际高速列车发展趋势及其中的力学问题做了一个简要介绍.
李树虎[3]2007年在《轮轨激励下北京地铁头车车外噪声预测理论研究》文中研究说明地铁的噪声特性是衡量地铁质量的一个重要指标,在列车车身设计中,声学舒适性是必须要考核的要素。为预测轮轨激励下的车外噪声问题,论文对以下几方面进行了深入研究。通过将车体、构架、轮对模化为多刚体系统,钢轨处理成由有限间隔的离散轨枕支承的无限长Timoshenko梁,建立了地铁头车—轨道耦合动力学模型,以轮轨不平顺作为激扰谱,计算了整车的振动响应,获取了二系空气弹簧与车体接触处在叁维空间内的振动载荷。结果表明:轨道不平顺在垂向和横向引起的激励载荷幅值较大,而在纵向引起的激励载荷幅值较少。一系纵向定位刚度对平稳系数影响较大,建议一系纵向定位刚度取为5MN/m。一系横向定位刚度对列车运行平稳性的影响很小,对脱轨系数的影响较大,建议转向架一系横向定位刚度应取为4MN/m。将谐振分析所得的头车壁板的表面振动位移作为激励条件,求出了头车司机室、乘客室外声压在不同频率点的声压分布,并计算了相应的噪声量级。结果表明:司机室外的A声压级在56.6489～68.3541 dBA变化,乘客室外的A声压级在57.0114～69.4445dBA变化。距离车体愈远,噪声愈小,并且基本成直线规律衰减。司机室外A声级最大的场点距走行轨中心线7.5m、车底1.2m、司机室端墙2.6m,其大小为61.5207dBA,在激励频率30Hz时,司机室端墙对该场点噪声的贡献最大,声学贡献系数为62.2%;在激励频率200Hz时,车头曲面对该场点噪声的贡献最大,声学贡献系数为87.6%。乘客室外A声级最大的场点距车底1.2m,走行轨中心线7.5m,乘客室尾部端墙3.9m,其值为60.91dBA。在激励频率30Hz时,乘客室端墙对该场点噪声的贡献最大,声学贡献系数为76.9%;在激励频率200Hz时,车顶第5块板对该场点噪声的贡献最大,声学贡献系数为47.19%。当地铁头车以60km/h的速度运行时,轮轨总辐射噪声主要分布在中心频率为500Hz～4000Hz的一个较宽的频率范围内;钢轨辐射噪声主要分布在中心频率为500～4000 Hz的较宽的频率范围内;车轮辐射噪声主要分布在中心频率为1250～4000 Hz的中、高频范围内。从二者对总噪声的贡献来看,钢轨是主要的辐射源,车轮次之。轮轨、钢轨、车轮的辐射总声压级分别为86dBA,85dBA,81dBA。钢轨辐射的总声压比车轮的辐射总声压级大4dBA左右,钢轨、车轮的辐射总声压对轮轨的辐射总声压贡献分别为87.5%、12.5%。通过改进车轮结构来降低轮轨噪声,难以取得理想的效果。必须采取措施,降低钢轨表面粗糙度,才能使头车车外噪声降低到80dBA。
马心坦[4]2007年在《轮轨滚动噪声预测与控制研究》文中研究说明随着高速铁路和城市轨道交通的快速发展，铁路噪声污染引起日益人们的关注。作为铁路噪声的主要声源，轮轨滚动噪声的预测和控制研究有待于进一步深入。基于Remington滚动噪声模型、轮对和轨道系统的有限元模型，本文建立了轮轨滚动噪声预测模型。该模型能够预测轮对径向和轴向滚动噪声以及轨道垂向滚动噪声；对轮对和轨道系统的动力分析则采用有限元方法。通过与实测数据比较，发现近场噪声频谱和铁路边界处的最大声级均吻合较好，近场测点的预测声级与实测值相差2～3dBA，边界测点相差1dBA。基于此模型，本文还对影响滚动噪声的多种参数进行了仿真研究。在刚性车轮滚动噪声预测方法的基础上，采用有限元法计算弹性车轮模态损失因子和平均振动响应，预测了弹性车轮的轮轨滚动噪声。通过比较，本文预测的弹性车轮相对刚性车轮滚动噪声频谱的变化、橡胶层弹性模量和损失因子对滚动噪声的影响，均与文献一致，验证了本文弹性车轮滚动噪声模型的正确性；通过研究约束阻尼层对车轮结构阻尼的影响，预测了阻尼车轮的轮轨滚动噪声。阻尼车轮能够有效降低车轮滚动噪声，因而当车轮滚动噪声对总噪声的贡献较大时，则能够取得较好的降噪效果。为降低轮轨滚动噪声，本文对刚性车轮和钢轨的截面形状进行优化设计，研究表明，车轮和钢轨的优化均可有效降低各自的滚动噪声，对对方噪声的影响较小，因而分别对车轮和钢轨进行优化降噪是合理的。车轮优化是以轮轨总噪声为目标函数，对车轮的形状，包括轮毂厚度、轮辋和辐板的形状以及各过渡圆角等分别进行了研究。通过车轮优化，其滚动噪声及其峰值均有显着降低，但由于钢轨滚动噪声对总噪声贡献较大且降噪非常有限，则总噪声降低不明显，最大仅为1.31dBA。钢轨优化以其噪声峰值为目标函数，结果表明，对未经优化的车轮，总噪声降低了1.48dBA，而对于优化后的车轮，降噪效果比较明显，轮轨滚动噪声降低达到4.15dBA。因此，车轮和钢轨的初始滚动噪声频谱对优化效果影响较大。声屏障也是一种有效的降噪措施。不合理的设计参数是声屏障成本较高的重要原因，因此本文声屏障整体优化设计是以降低其成本为目标，将降噪要求作为声学约束，对设置位置、高度、长度和顶部折角等进行优化设计。对多种截面形状的声屏障和轨边矮墙的研究表明，声屏障的各参数对其经济性和降噪性能的提高都是重要的，整体优化设计方法能够使设计参数更加合理，较目前多种设计方法有更好的经济性和降噪性能；通过轨边矮墙与声屏障的比较和折角声屏障的效费研究，发现两者相比直立声屏障均可大幅降低降噪成本。
常亮[5]2013年在《高速铁路轮轨滚动噪声及吸音板降噪技术研究》文中研究说明随着我国高速铁路铁路和城市轨道交通的迅猛发展,列车运行时引起的噪声问题日益突出。我国在高铁建设中广泛采用无砟轨道的结构形式,而这种轨道结构的噪声辐射问题往往更加严重。因此,针对我国现有的高速铁路轨道结构形式,开展减振降噪措施的研究工作十分必要。本文就针对我国高速铁路所采取的铺设吸音板的降噪措施,研究影响其降噪效果的各个因素,并为分析其他减振降噪措施所取得的效果提供方法上的参考。在采取减振降噪措施前,首先要对噪声源有着准确地认识。本文首先根据国内外所进行的各项针对高速铁路辐射噪声的测试及预测结果,分析了列车运行时的主要声源位置及产生机理,并针对重要声源—轮轨滚动噪声,采用有限元/边界元法进行了仿真分析。在计算中,对影响轮轨滚动噪声辐射的因素进行了总结,对其产生机理有了进一步的理解。然后针对无砟轨道铺设吸音板的降噪措施,对其在高速铁路上所产生的降噪效果进行了评价。根据吸音板所采用的材料,利用多孔介质声学理论分析了材料参数对吸声性能的影响：根据吸音板表面所采取的不同处理方式,利用二维、叁维边界元法分析了在实际应用中不同表面结构形式对吸音板的降噪效果产生的影响。另外,对具有不同表面吸声特性、不同安装高度的吸音板的声学性能也进行了理论分析工作。统计能量法是求解高频声振问题有效的方法,在航天、船舶、汽车领域得到了广泛的应用。本文针对高速列车的运营条件,建立了包含列车-轨道-吸音板-声腔子系统的统计能量模型,并对列车运行时所辐射的噪声进行了预测。同时,从能量的角度,评价了铺设吸音板后的降噪效果,分析比较了不同吸音板表面结构形式、不同位置声源所产生的影响。对比以波动声学为基础的边界元法,统计能量法有着高频下计算速度快,计算结果能够反映研究对象的空间、频带内的平均结果等优点,比较适合在工程应用中,适宜对降噪措施所产生的降噪效果进行初步估计,在减振降噪工程领域有着广泛的应用前景。
熊芯[6]2002年在《列车滚动噪声的仿真分析研究》文中研究说明如何降低滚动噪声是高速铁路顺利发展所无法回避的问题，各国在高速铁路的发展中都将防治噪声污染作为重点课题进行研究。 各国研究表明，高速列车的环境噪声随列车速度的增加而明显上升，然而采取合理的措施，如改变轮轨等的结构参数、进行阻尼优化和一些辅助措施，可使高速列车的噪声不超过现有普遍列车的水平。 与实验相比，进行仿真分析不但能节约人力、物力，而且能方便地分析各种参数对滚动噪声的影响，对降噪具有重要意义。TWINS软件包是仿真分析软件中目前发展最成熟、应用最广泛的滚动噪声分析软件，欧洲很多国家利用该软件取得了很多成果，对滚动噪声控制起到了重要的作用。本文成功移植了该软件，并对该软件进行了补充和完善，然后利用该软件计算了车速为160km/h的一个算例。本文对算例进行了比较分析，表明使用该软件能得到比较可靠的结果。
金园辉[7]2017年在《高速列车车内噪声预测及其控制研究》文中提出随着高速列车运行速度的不断提高,车内噪声问题显得越来越重要。本文以CRH3动车组车内噪声为研究对象,建立包括头车和一个中间车两个车体在内的统计能量分析模型,计算了气动噪声源,基于统计能量法基本原理,使用VA One软件计算分析了车内噪声,具体研究内容如下:(1)基于高速列车铝合金车体地板、侧墙、车窗、车顶等结构,建立统计能量分析模型,模型中包括铝合金结构、多孔吸声材料、内饰板等影响噪声传递的关键结构部件,用统计能量法计算分析了车体不同部位结构的隔声性能。(2)建立了高速列车车体声学仿真计算的统计能量模型。对高速列车铝合金车体结构进行声学等效,将复杂的隔声结构等效为均匀薄板,在均匀板上施加相应部位的隔声性能曲线,以此为基础,建立了包括头部两个车体的统计能量分析模型,车体划分成928个结构子系统,车内空间以及车外局部声场用2056个声子系统来模拟。(3)使用Fluent流体动力学软件计算分析了列车在200km/h、250km/h和300km/h运行情况下的气动噪声,计算模型中包括一个头车、中间车和一个尾车,并包含转向架和受电弓;首先计算高速列车稳态流场,以稳态结果为初始值,用大涡模拟进行瞬态计算,并计算了车体表面附近区域的气动噪声。(4)以计算的高速列车气动噪声及轮轨噪声为激励噪声源,将计算的气动噪声施加在高速列车声学分析模型的相应部位,将轮轨噪声施加转向架区域,用统计能量法仿真计算了高速列车以200km/h、250km/h和300km/h运行情况下的车内噪声,并分析了增加列车地板部位多孔吸声材料层厚度对车内噪声的影响。(5)用便携式噪声测试仪对CRH3高速列车的车内运行噪声进行了测试,得到了不同运行速度下的车内噪声频谱,并将测试结果和仿真结果进行了对比分析。研究结果表明,车内噪声数值随列车运行速度的提高而增大,在一定运行速度条件下,车内噪声从低频到高频基本呈现下降趋势,中低频时,空气动力噪声对车内噪声的贡献度较大,高频时,转向架区域噪声对车内噪声贡献度较大。沿车体纵向方向,头车司机室以及中间车受电弓区域噪声值较大,列车中部位置噪声相对较小,而风挡部位的噪声也较为突出。将仿真分析的车内噪声与测试的车内噪声相比,验证了仿真分析结果的准确性。
于水波[8]2016年在《轮轨踏面摩擦调控对轮轨动力效应的影响研究》文中研究指明随着我国机车不断提速,以及重载铁路的大面积开行,钢轨伤损问题更加突出,钢轨踏面的波浪磨损和疲劳剥离是最常见的钢轨伤损模式,钢轨伤损不仅会大大缩短钢轨的使用寿命而且会对铁路的行车安全产生严重的影响,一直受到国内外铁路行业的普遍关注。随着轮轨润滑技术以及轮轨蠕滑理论研究的深入,开始尝试对轮轨踏面进行润滑与摩擦控制,使得轮轨间达到中等摩擦因数,在不降低牵引制动需要的粘着系数下,延缓钢轨的伤损。轮轨踏面摩擦调控技术作为一种新的概念被提出,并在重载货运线路不断得到应用,结果表明,轮轨踏面摩擦调控可改善轮轨接触状态,有效抑制钢轨波浪磨耗,减缓轨面磨损和疲劳剥离,延长钢轨使用寿命。然而目前国内外对于踏面摩擦调控技术的作用机理并没有形成统一的认识,也没有系统的研究轮轨踏面摩擦调控技术对于轮轨动力效应的影响。本文主要从实验和仿真两个方面,研究了轮轨踏面实施摩擦调控对轮轨动力效应的影响规律。借助Kalker关于“叁体”模型的理论,建立了接触区存在固体润滑膜的“叁体全膜润滑”轮轨滚动接触模型,并等效处理成两体滚动接触模型,以SIMPACK为数值计算平台,建立带柔性轨道的四编组列车动力学模型,采用实际运营线路为轨道参数,分别仿真计算了重载货运线、地铁站场线路条件下,干摩擦和轨面摩擦调控两种工况轮轨动力效应,并与线路试验结果进行对比分析,探究轨面摩擦调控技术对于减缓钢轨波磨和疲劳剥离的影响机理。在此基础上,进一步研究了轨面摩擦调控技术对于重载线路曲线通过的影响,对缓解地铁站场尖啸噪声的效用,以及对大铁、地铁等不同轨道线路条件下脱轨问题的影响规律。
王谛[9]2014年在《低噪声车轮振动声辐射特性研究》文中进行了进一步梳理本文针对轨道交通轮轨噪声抑制问题,结合有限元方法与试验方法,研究了环形阻尼车轮与新型辐板屏蔽阻尼车轮的振动特性；在半消声室内,测试了环形阻尼车轮以及新型辐板屏蔽阻尼车轮的声辐射特性,进而分析与研究环形阻尼车轮与辐板屏蔽阻尼车轮的降噪效果及降噪机理。首先,建立对应于环形阻尼车轮和新型辐板屏蔽阻尼车轮的参考车轮叁维有限元模型,基于有限元方法计算上述参考车轮的振动固有频率与模态振型,并结合阻尼车轮及其参考车轮在弹性悬挂状态下振动频响函数的测试,分析环形阻尼车轮与辐板屏蔽阻尼车轮的减振效果与机理。同时,结合仿真与试验方法,对比了典型的直型、斜型和双S型叁种辐板型式参考车轮的振动特性差异。其次,在轮轨接触状态下,测试分析辐板屏蔽阻尼车轮及其参考车轮的振动特性,并与弹性悬挂状态下车轮振动特性结果进行对比,从而分析轮轨接触状态对辐板屏蔽阻尼车轮与参考车轮振动特性的影响及原因。在弹性悬挂状态以及模拟不同轴重的轮轨接触状态下,对直型辐板参考车轮的振动频响函数进行测试分析,利用半功率带宽法计算其在上述不同工况下的各阶模态阻尼比。分析不同轮轨接触压力下的轮轨接触状态所引起的车轮振动特性的变化及原因。再次,在半消声室内,对弹性悬挂状态下的环形阻尼车轮与典型的直型、斜型和双S型辐板屏蔽阻尼车轮,分别进行了声辐射特性对比测试,分析了各自的降噪效果及降噪机理。同时,还对比分析了直型、斜型和双S型辐板的参考车轮的声辐射特性差异,研究不同辐板型式对车轮振动及声辐射特性的影响及其原因。最后,分别在弹性悬挂状态与轮轨接触状态下,对比测试了直型辐板屏蔽阻尼车轮的声辐射特性差异,并重点分析了轮轨接触状态下辐板屏蔽阻尼车轮的降噪效果。
赵兴钢[10]2007年在《基于有限元/边界元的轮对振动噪声预测》文中研究表明铁路运输的发展极大的促进了国民经济的进步。随着改革开放与经济的发展，铁路的高速化、重载化已经势在必行。铁路的高速化及重载化，大大加剧了车辆-轨道系统的冲击与振动；同时，铁路噪声污染也日益严重，给乘客及铁路沿线居民的身体健康造成很大的影响。本文针对当前出现的问题，在高频范围内，对轮轨之间的相互动力作用及轮对的动态响应和振动声学特性进行了一些实质性的探讨。本文首先应用车辆、轨道耦合大系统的思想，在车辆-轨道垂向耦合振动模型的基础上计算出由于轮轨表面粗糙度而产生的轮轨作用力。利用有限元分析理论建立了轮对的有限元分析模型，以轮轨作用力为激励进行了轮对的振动频响分析，并对轮对的频率响应特性进行了分析。以振动响应分析结果作为边界条件，利用边界元理论建立了轮对边界元声学分析模型，对轮对振动声学特性进行了计算分析。其结果与公认的模型和软件的计算结果相比具有较好的一致性，证明了本文做法的正确性。在脉冲激励如低接头、扁疤速度及位移激励等几种常见的不平顺激扰情况下，对轮轨作用力进行了仿真分析，并在以轮轨作用力为激励的基础上，计算了轮对在上述激励作用下产生的动态响应和振动声学特性，并对结果进行了分析。为进一步研究铁路噪声开拓了空间，提供了新思路。
参考文献：
[1]. 基于道旁声学信号的列车滚动轴承故障诊断技术研究[D]. 吴强. 中国科学技术大学. 2013
[2]. 高速列车的关键力学问题[J]. 杨国伟, 魏宇杰, 赵桂林, 刘玉标, 曾晓辉. 力学进展. 2015
[3]. 轮轨激励下北京地铁头车车外噪声预测理论研究[D]. 李树虎. 中南大学. 2007
[4]. 轮轨滚动噪声预测与控制研究[D]. 马心坦. 北京交通大学. 2007
[5]. 高速铁路轮轨滚动噪声及吸音板降噪技术研究[D]. 常亮. 西南交通大学. 2013
[6]. 列车滚动噪声的仿真分析研究[D]. 熊芯. 铁道部科学研究院. 2002
[7]. 高速列车车内噪声预测及其控制研究[D]. 金园辉. 大连交通大学. 2017
[8]. 轮轨踏面摩擦调控对轮轨动力效应的影响研究[D]. 于水波. 中国铁道科学研究院. 2016
[9]. 低噪声车轮振动声辐射特性研究[D]. 王谛. 西南交通大学. 2014
[10]. 基于有限元/边界元的轮对振动噪声预测[D]. 赵兴钢. 大连交通大学. 2007
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