基于有限元-统计能量混合法的轨道桥梁结构噪声研究

我国高速铁路多采用高架桥形式，桥梁结构噪声是主要低频噪声来源，它容易引起人的烦恼，且难以从传播途径上治理，因此如何从源头上控制结构噪声具有重要意义。课题基于Langley的有限元（FEM）-统计能量分析（SEA）混合法，对列车-轨道-桥梁耦合振动模型进行求解。其系统内低频部分采用FEM模拟，高频部分采用SEA模拟，从而降低了高频中FEM的计算量和提高了低频中SEA的计算精度，对桥梁局部振动500HZ内整个频段进行定量研究。以局部振动为声学边界条件，采用边界元方法建立声场模型求解结构噪声。在此基础上研究局部振动、结构噪声各自特性，对两者相关性以及结构噪声参数敏感性进行分析，探明车辆、轨道不平顺、轨道及桥梁结构等参数对系统结构噪声的影响机理和影响程度，揭示影响结构噪声的关键参数，分析各减振降噪措施的效果对比，进而有针对性地提出结构噪声优化控制策略，同时为大型系统振动仿真方法提供新思路。

高速铁路桥梁轨道结构高频振动和低频结构噪声方面的研究相对缺乏，目前还没有针桥梁、轨道结构从低频到高频整个频段的振动噪声的定量研究。本项目采用FE-SEA混合法建立了车辆-轨道-桥梁耦合系统振动分析模型，考虑轨道不平顺激励，模拟了轮轨间垂向随机振动荷载，研究了基于各种轨道不平顺条件及不同轨道结构参数下，列车作用下轨道桥梁整个频域内的振动特性。建立了桥梁三维实体有限元模型，基于轮轨系统模型，研究了列车作用于轨道桥梁的局部振动特性；建立了桥梁声学边界元分析模型，分析了箱梁结构辐射噪声的特性，并进行了声学传递向量ATV分析，利用板块贡献量理论，进行了箱梁梁体声学面板贡献度分析。.结果表明：.(1)随机不平顺波长对钢轨、轨道板、桥梁位移、速度幅值有一定影响；对轮轨垂向力、钢轨垂向振动加速度、轨道板垂向振动加速度幅值影响很大，且短波随机不平顺的影响远远大于长波随机不平顺，对桥梁振动加速度也有一定影响。总体上轨道不平顺及波长变化对轨道桥梁结构振动特性的影响是由上到下逐渐减弱，对钢轨影响最大，桥梁影响最弱。对轨道结构动力振动响应参数影响最大是加速度，最弱的是位移。.(2)Sato谱轨道不平顺引起的钢轨振动能量主要分布在中高频，钢轨的高振幅振动主要集中在0-3000Hz，在钢轨一阶固有频率附近达到最大值。在轨道板的高振幅振动主要集中在0-1000 Hz；箱型梁的局部振动在同一车速和轨道状态下，翼缘板的振动较其它部位强烈，底板振动最弱，箱梁局部振动的频段主要集中在22-200HZ。列车以200km/h的速度运行在高架轨道上时，箱梁梁体辐射噪声主要集中0-100Hz范围内，其中在20Hz和42Hz左右有比较突出峰值。由面板声学贡献分析可以确定箱梁梁体主要辐射噪声的部位是箱梁的顶板和两侧翼缘板下面。