[发明专利]基于功率流‑边界元模型的高架轨道交通振动噪声仿真预测方法

摘要

本发明涉及一种基于功率流‑边界元模型的高架轨道交通噪声仿真预测方法，具体为综合考虑高架轨道交通中频段（200~1000Hz）的桥梁噪声和钢轨噪声；相比仅考虑钢轨噪声或桥梁噪声的方法，噪声预测精度高。该方法首先建立轨道‑桥梁系统功率流模型，计算不同频率的单位简谐力作用在钢轨上时输入桥梁的功率和钢轨的振动速度；然后，结合轮轨组合粗糙度谱，计算车轮‑轨道‑桥梁耦合系统下的轮轨接触力谱，进而得到随机轮轨力作用下桥梁和钢轨的振动状态；其后，分别建立桥梁和钢轨声辐射二维有限元‑边界元弱耦合模型，计算它们在不同频率单位简谐力作用下的振动功率和辐射声场；最后，根据功率流方法获得的实际振动功率和有限元‑边界元模型获得的振动功率，按振动功率一致的原则，对单位力作用下的场点声压进行缩放，得到桥梁噪声、钢轨噪声及它们的总噪声。

主权项

基于功率流‑边界元模型的高架轨道交通噪声仿真预测方法，其特征在于具体步骤如下：（1）确定轨道交通桥梁结构噪声预测参数，所述噪声预测参数包括车辆参数、轨道结构参数、桥梁参数、轮轨组合粗糙度谱及行车速度；（2）根据众多实测时A声级下桥梁噪声与钢轨噪声的峰值频率，确定计算的频率范围为中频；（3）根据步骤(1)所选的桥梁参数，建立桥梁结构三维有限元模型，进行模态分析，得到桥梁模态信息；（4）根据步骤（3）得到的桥梁模态信息以及步骤(1)得到的轨道结构参数，建立轨道‑桥梁功率流数值模型，在跨中位置的轨道上作用不同频率的单位简谐力，计算结构的振动响应，得到各频率下的振动功率幅值；考虑单节车辆长度范围内的车轮总数，根据功率叠加原理，计算单位长度的桥梁、轨道振动功率；根据车轮与轨道接触点处的位移协调条件，结合步骤(1)得到的轮轨组合粗糙度谱，计算轮轨组合粗糙度谱激励下的轮轨竖向接触力谱，然后结合已算得的单位粗糙度下的桥梁和轨道振动功率，得到实际粗糙度激励下的单位长度桥梁和轨道的随机振动功率；在单位粗糙度激励下，考虑多个轮子作用在钢轨上的单位长度钢轨振动功率的公式为其中：为钢轨的横截面面积；L为单节车辆的长度；N为L长度范围内的车轮数量；为轨道空间平均振动速度均方值，计算公式为，其中为钢轨第i个节点的法向振速，n为L长度范围内钢轨离散的节点数量；（5）建立桥梁和轨道的二维有限元模型，分别进行桥梁模态分析、轨道模态分析并生成表面网格文件，根据桥梁模态分析和轨道模态分析结果分别进行单位简谐力响应振动计算，得到二维有限元模型谐响应的表面振速；根据生成的表面网格文件建立包含桥梁与轨道的二维边界元模型，以二维有限元模型谐响应的表面振速作为声学边界条件，得到桥梁和轨道在单位简谐力作用下的振动功率和场点声压；（6）依照步骤（4）中的随机振动功率和步骤（5）中的振动功率的关系，对边界元模型计算出的桥梁和轨道辐射场点声压进行缩放，得到实际的声压，然后根据声压叠加原理计算轨道和桥梁的总辐射噪声。