Page 51 - 《应用声学》2022年第1期

第 41 卷 第 1 期 王韬等： 非圆化磨耗激励下高速列车转向架区域噪声边频带产生机理及影响 47

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图 7 轮轨噪声计算流程
Fig. 7 Wheel-rail noise calculation process

下的轮轨力。将此频域轮轨力输入 TWINS 轮轨噪 献 [11]，故不在此赘述。
声计算模型，按照上文所述流程计算轮轨辐射噪声。 在轮轨辐射噪声计算模型部分，需要分别获取
故总体来说，本文的计算模型可以分为车轮-轨道耦 单位激励下的车轮、钢轨和轨道板的声辐射特性，再
合动力学模型和轮轨辐射噪声计算模型这两部分。 以通过车辆 -轨道耦合动力学模型计算得到的轮轨
在车辆 -轨道耦合动力学模型部分，将高速列 力为输出，两者相乘得到实际轮轨力激励下的车轮、
车车辆系统简化为由一个车体、两个构架和 4 个轮 钢轨和轨道板的辐射噪声，最终将这三者求和得到
对组成的 35 自由度的多刚体动力学系统，其中每 轮轨辐射噪声。因此，对于此部分，关键是计算单位
个刚体考虑垂向、横向、点头、摇头和侧滚这个 5 个 力激励下的上述子系统的辐射噪声特性。本文采用
方向上的自由度。连接车体、构架和轮对之间的一 三维边界元方法对其进行求解，具体计算流程可以

系、二系悬挂系统用弹簧阻尼系统模拟。对于轨道 参考文献[12]，故不在此赘述。
系统，采用整体混凝土道床轨道，由钢轨、扣件系 2.3 机理验证
统、轨道板及路基组成。其中左右钢轨被视为连续 通过实验研究，初步推测导致非圆化磨耗激励
弹性离散点支承基础上的 Timoshenko 梁，轨道板 频率两侧出现轮轨噪声边频带的原因或许和过轨
用三维实体有限元单元模拟，扣件系统用三维黏弹 枕冲击有关。基于 2.1 节中建立的轮轨噪声预测模
性弹簧-阻尼单元拟，路基支撑层简化为均匀分布的 型，分别计算以下3种工况下轮轨噪声的频谱特性。
弹簧-阻尼单元连接。 工况 1 存在非圆化磨耗的车轮运行于离散支
采用迹线法来寻找轮轨接触点，在确定接触点 撑轨道；
之后通过插值计算得到接触点位置处的轮轨接触 工况 2 无非圆化磨耗的车轮运行于离散支撑
角。进一步的，利用Hertz接触理论可以计算得到轮 轨道；
轨法向力。利用Kalker线性理论和沈氏修正理论计 工况 3 移动非圆化磨耗不平顺谱对轮轨系统
算蠕滑率及力矩。 进行激励，车轮和钢轨不发生相对运动，即不存在过
在整个计算过程中，涉及到大量的车辆 -轨道 轨枕冲击。
系统动力学微分方程，采用显示积分方法对其进行 其中，车轮非圆化磨耗阶次为 18 阶，列车运行
求解 (翟方法 [11] )。最终可以得到每一时刻下各个 速度为 300 km/h，车轮直径为 0.83 m，轨枕间距为
部件的位移、速度和加速度以及轮轨相互作用力。 0.625 m。
此部分涉及内容较多，具体流程可以参考文 图 8 给出了上述 3 种工况下计算得到轮轨噪声