【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于橋梁工程，具體涉及一種車橋耦合作用的組合箱梁橋振動噪聲分析方法。
技術介紹
1、抗剪連接件將鋼梁和混凝土橋面板連接形成整體并共同受力，該結構形式，被稱為鋼-混凝土組合梁。該構件受力合理、科學經濟，使鋼材的高抗拉強度和混凝土的高抗壓強度充分得到利用。
2、但在鐵路橋梁領域，鋼-混組合梁的建造和應用仍然相對較少，但該橋型在公路領域應用頗多，技術也趨于成熟。由此，有必要對鋼-混組合梁在鐵路橋梁領域的建造和應用展開研究和分析。
技術實現思路
1、有鑒于此，本專利技術的目的在于提供一種車橋耦合作用的組合箱梁橋振動噪聲分析方法，用以對鋼-混組合梁應用于鐵路橋梁領域的振動和噪聲進行分析。
2、為達到上述目的，本專利技術提供如下技術方案：
3、本專利技術一種車橋耦合作用的組合箱梁橋振動噪聲分析方法，包括如下步驟：
4、s1、建立高速鐵路鋼混組合箱梁橋的列車-軌道-橋梁耦合振動模型，并基于matlab語言以及ansys有限元軟件編制列車-軌道-橋梁的耦合振動仿真分析程序；
5、s2、建立高速鐵路鋼混組合箱梁橋中低頻噪聲預測模型，對橋梁結構的低頻輻射噪聲進行數值模擬，得出橋梁結構的低頻噪聲輻射規律；
6、s3、建立高速鐵路鋼混組合箱梁橋中高噪聲預測模型，對橋梁結構的中高頻輻射噪聲進行數值模擬，得出橋梁結構的中高頻噪聲輻射規律；
7、s4、結合步驟s1-s3中建立的模型，對高速鐵路鋼混組合箱梁橋振動噪聲的影
8、其中，所述步驟s1具體為：
9、s11、建立車輛動力學模型，該列車模型包含8節車輛編組，每節車輛包括一個車體、兩個轉向架和4個輪對，且每節車廂包括10個自由度；
10、s12、建立軌道動力學模型，該軌道模型包括自密實混凝土層、混凝土軌道板、混凝土底座板、鋼彈簧扣件、鋼軌等部件；
11、s13、建立橋梁有限元模型，通過apdl有限元軟件中建立橋梁模型，并對橋梁結構的動力學行為進行數值模擬；
12、s14、建立輪軌相互作用模型，并通過hertz非線性接觸模型，對垂向輪軌力進行計算；
13、s15、將軌道不平順定作為激勵源，并確定軌道不平順的波長范圍為0.04-85m；
14、s16、根據(1)-(3)建立的橋梁、車輛和軌道模型，得出列車-軌道-橋梁耦合大系統的動力學方程；
15、s17、通過計算機仿真軟件和有限元軟件，編制列車-軌道-橋梁耦合動力學數值仿真分析程序模型，并求解，并對程序運行的結果進行驗證；
16、其中，步驟s17中列車-軌道-橋梁耦合大系統的動力學方程為：
17、
18、式中，c、k、m分別為系統的阻尼、剛度和質量矩陣；z為系統廣義位移向量；下標b、v、r分別代表橋梁系統、車輛系統以及軌道系統；f為系統的外荷載向量。
19、進一步，在步驟(7)中，采用50倍的異步長加載倍率進行列車-軌道-橋梁系統的動力學仿真計算，即列車與軌道系統仿真分析步長取為0.1ms，橋梁有限元瞬態響應分析步長取為5ms。
20、進一步，單節車輛的運動方程為：
21、
22、式中，mv為單節車輛的質量矩陣；
23、mv＝diag(mw?mw?mw?mw?mt?jt?mt?jt?mc?jc)
24、kv為單節車輛的剛度矩陣；
25、
26、zv為單節車輛的豎向位移列矩陣；
27、
28、fv為單節車輛的垂向輪軌力列矩陣；
29、fv＝(2(fw1-s)?2(fw2-s)?2(fw3-s)?2(fw4-s)?0?0?0?0?0?0)
30、由于阻尼矩陣與剛度矩陣具有類似的內容形式，因此，只需要用阻尼系數c替換中的剛度系數k即可。
31、進一步，軌道動力學模型的運動方程為：
32、
33、mr為總體質量矩陣；
34、
35、kr總體剛度矩陣；
36、
37、zr軌道總體位移矩陣；
38、
39、cr軌道的阻尼矩陣；
40、
41、式中，α0,r、α1，r為阻尼系數，ξr為阻尼比，ω1，r、ω2，r分別為自振圓頻率。
42、進一步，大部分軌道不平順時，輪軌力fw的表達式為：
43、
44、進一步，所述步驟s2具體包括：
45、(1)建立介質靜止、均勻，聲波小振幅的情況下，理想流體中的波動方程；
46、(2)建立頻域下，計算外場噪聲輻射的helmholtz方程，并得出聲學邊界條件和三維自由聲場的格林函數表達式；
47、(3)使用lms?virtual.lab?acoustics軟件，得出列車荷載激勵下的低頻噪聲輻射模型的模擬方法。
48、進一步，所述步驟s3具體包括：
49、(1)建立使用sea法模擬橋梁結構的中高頻噪聲的理論公式，以及得出板件聲輻射效率、模態密度、損耗因子的定義；
50、(2)通過傅里葉變化和倍頻程處理，對輪軌力與扣件力進行了詳細對比分析，以及得出確定橋面板外激勵力的方法；
51、(3)建立在軟件中進行中高頻噪聲輻射數值模擬的具體步驟，對不同板件對不同場點的聲輻射貢獻量進行了分析。
52、進一步，所述步驟s4中對高速鐵路鋼混組合箱梁橋振動噪聲的影響參數包括腹板厚度、底板厚度、車速、車道數量以及底板材質。
53、本專利技術的有益效果在于：
54、本技術方案對鋼-混組合梁的減振降噪進行了分析，得出，列車行駛速度對中高頻噪聲的輻射增強影響規律較為明顯，這是列車行駛速度的增加導致的扣件力峰值數據變大引起的，在此基礎上，對底板混凝土厚度的變化對橋梁結構振動與噪聲輻射的影響進行分析，得出底板混凝土厚度為50mm時，對結構的減振降噪效果最為明顯，但若在50mm厚度的基礎上繼續增加厚度，對減振降噪的效果影響不明顯；因此，本技術方案中對鋼-混組合橋梁應用于鐵路橋梁領域的振動和噪聲進行分析的方法，對鋼-混組合橋梁在減振降噪的研發和設計上具有重要意義。
55、本專利技術的其他優點、目標和特征將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上對本領域技術人員而言是顯而易見的，或者本領域技術人員可以從本專利技術的實踐中得到教導。本專利技術的目標和其他優點可以通過下面的說明書來實現和獲得。
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1.一種車橋耦合作用的組合箱梁橋振動噪聲分析方法，其特征在于：包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種車橋耦合作用的組合箱梁橋振動噪聲分析方法，其特征在于：在步驟(7)中，采用50倍的異步長加載倍率進行列車-軌道-橋梁系統的動力學仿真計算，即列車與軌道系統仿真分析步長取為0.1ms，橋梁有限元瞬態響應分析步長取為5ms。
3.根據權利要求1所述的一種車橋耦合作用的組合箱梁橋振動噪聲分析方法，其特征在于：
4.根據權利要求1所述的一種車橋耦合作用的組合箱梁橋振動噪聲分析方法，其特征在于：軌道動力學模型的運動方程為：
5.根據權利要求1所述的一種車橋耦合作用的組合箱梁橋振動噪聲分析方法，其特征在于：軌道不平順時，輪軌力FW的表達式為：
6.根據權利要求1所述的一種車橋耦合作用的組合箱梁橋振動噪聲分析方法，其特征在于：所述步驟S2具體包括：
7.根據權利要求1所述的一種車橋耦合作用的組合箱梁橋振動噪聲分析方法，其特征在于：所述步驟S3具體包括：
8.根據權利要求1所述的一種車橋耦合作用的組合箱梁橋振
...【技術特征摘要】
1.一種車橋耦合作用的組合箱梁橋振動噪聲分析方法，其特征在于：包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種車橋耦合作用的組合箱梁橋振動噪聲分析方法，其特征在于：在步驟(7)中，采用50倍的異步長加載倍率進行列車-軌道-橋梁系統的動力學仿真計算，即列車與軌道系統仿真分析步長取為0.1ms，橋梁有限元瞬態響應分析步長取為5ms。
3.根據權利要求1所述的一種車橋耦合作用的組合箱梁橋振動噪聲分析方法，其特征在于：
4.根據權利要求1所述的一種車橋耦合作用的組合箱梁橋振動噪聲分析方法，其特征在于：軌道動力學模型的運動方程為：
...【專利技術屬性】
技術研發人員：朱力，李佳歡，馬偉濤，孟博文，張辰民，洪健，顧宇峰，田芮竹，
申請(專利權)人：北京交通大學，
類型：發明
國別省市：
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