基于有限元功率流的桥梁-承轨台轨道结构振动特性研究.pdf

No．4 第24卷第4期 石家庄铁道大学学报(自然科学版) v。1．24 OF TIEDAO 1 201 SHIJIAZHUANG 1年12月JOURNAL UNIVERSITY(NATURAL 基于有限元功率流的 桥梁一承轨台轨道结构振动特性研究 陈敏敏。练松良 (同济大学道路与交通工程教育部重点实验室，上海201804) 摘要：用功率流理论从能量的角度研究轨道结构的振动特性，它兼顾了力和速度的相位关 系，比传统的以力、位移、加速度和速度等单个指标来衡量振动特性更具有综合性。建立了桥梁- 承轨台轨道有限元模型，对其进行谐响应分析，从而得到输入钢轨和承轨台的总功率流，进而评 价其振动特性。改变扣件的刚度和阻尼，研究扣件参数的改变对于钢轨和承轨台输入总功率流 的影响。 关键词：有限元功率流；承轨台轨道；谐响应分析；振动 随着城市轨道交通在我国的不断发展，其产生的振动噪声问题引起人们的广泛关注。国内外学者早 已对此问题进行了大量的研究，得出了很多有意义的成果。练松良…综述了减振降噪型扣件和轨道结构 的减振机理及其它们的使用条件，为城市轨道交通减振降噪型轨道结构的选择提供了理论指导。夏禾嵋1 系统阐述了城市轨道交通引起环境振动的产生机理、传播规律、对环境的影响，并探讨了一些减振措施， 为进一步深入研究振动问题奠定了理论基础。 纵观前人对振动问题的研究，大多数都只是通过单值物理量(如力、加速度、速度、位移等)来衡量振 动及其传递特性，但是各物理量之间的内在联系却无法具体反映出来。其实振动的传播过程，也是一个 振动能量的传播过程，可以运用功率流理论从能量的角度来研究振动传播规律。功率流兼顾了力和速度 的相位关系，考虑到了系统的阻抗特性，比以往的单值研究方法更具综合性。同时，输入一个系统某子结 构的功率流越大，意味着该子结构越容易遭到破坏，因此可以把功率流当做一项综合指标来衡量振动的 传递特性。在机械减振研究方面，功率流的运用较为广泛旧圳，但是在轨道交通减振研究方面，功率流的 FM 运用还处于起步阶段。M Hussien【5’建立了地下隧道内浮置板模型，并用平均功率流来评价减振措施 的有效性。谷爱军怕1采用导纳形式的功率流，建立了浮置板轨道的振动能量传递分析模型，推导了输入 基础的功率流表达式，探讨了轨道参数对于减振效果的敏感性。 1功率流理论． 所谓功率流即是单位时间流过垂直于波传播方向单位面积的振动能量哺】，分为瞬时功率流和平均功 率流。瞬时功率流用公式表示为 Pi=FiK (1) 式中，E和K分别表示某一瞬时作用在结构某点的作用力和响应速度。如果作用力是一个简谐力，即 COS y Fi=I，lapt，产生的速度响应为K=lcos(tot+9)，则 FI c。stot VI I FI V COS (2) c。s(tot+妒)dt 9 P=瓠I 2虿1 收稿日期：2011—1l_1l 作者简介：陈敏敏男1985年出生硕士研究生 基金项目：国家自然科学基金 万方数据 36 石家庄铁道大学学报(自然科学版) 第24卷 在实际中，一般情况下较难得到速度和力的相位差，故功率流一般通过下面表达式得到 1 ．r f 1