[发明专利]基于流固耦合的高速铁路轮轨区域振动及噪声分析方法

说明书

本发明提供了一种基于流固耦合的高速铁路轮轨区域振动及噪声分析方法。该方法包括：根据高速铁路的车轮、钢轨、轮轨的振动导纳和联合粗糙度计算出轮轨相互作用力，基于流固耦合构建车轮—轨道振动噪声联合预测模型，利用车轮—轨道振动噪声联合预测模型预测得到车轮、钢轨、轨道板的振动噪声；利用轮轨区域流场的流体域模型得到流场内的空气动压力，根据空气动压力仿真得到轮轨区域的空气气动噪声；根据车轮、钢轨、轨道板的振动噪声和轮轨区域的空气气动噪声，基于流固耦合理论对轮轨区域的近场噪声和远场噪声进行分析。本发明使用谐响应分析方法对无砟轨道振动频域内的垂、纵向传递特性进行分析，实现了高速铁路轮轨区域振动及噪声分析的联合分析。

技术领域

本发明涉及高速铁路振动及噪声的特性分析技术领域，尤其涉及一种基于流固耦合的高速铁路轮轨区域振动及噪声分析方法。

背景技术

高速铁路以其高平顺性、高稳定性、高时效性等优势在满足我国客运需求、推动经济发展中发挥着巨大作用。在我国，国家铁路局将中国高铁定义为设计开行时速250公里以上、初期运营时速250公里以上的客运列车专线铁路。随着我国人民生活水平的不断提高，人民群众对于生活质量的要求不断提高，对于高速铁路的噪声控制及防治也提出了新的要求和新的目标。因此，必须对高速铁路振动及噪声进行科学合理的特性分析。

目前，现有技术中对于高速铁路的轮轨振动以及噪声特性数值分析的研究当中，主要采取的定值轮轨力或者是基于相对力激励模型换算得到定点轮轨力频谱作为轨道结构振动噪声的激扰。没有考虑到车辆——轨道的耦合作用，只能用来分析轮轨系统固有的频域传递特性，而无法获得高速列车实际通过引起的轮轨振动噪声的特性。目前针对于轮轨区域的噪声的研究，要么是只对振动噪声进行相关的理论试验的分析研究，要么是只对气动噪声单独拿出来进行噪声特性分析，强行割裂了对于轮轨区域的噪声分析的整体性。由此可见，既有的轮轨振动及噪声分析方法存在着不足之处。

发明内容

本发明的实施例提供了一种基于流固耦合的高速铁路轮轨区域振动及噪声分析方法，以解决传统由于采用定值轮轨力而无法分析高速列车实际通过引起的振动噪声特性的问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种基于流固耦合的高速铁路轮轨区域振动及噪声分析方法，包括：

根据高速铁路的车轮、钢轨、轮轨的振动导纳和联合粗糙度计算出轮轨相互作用力，根据所述轮轨相互作用力基于流固耦合构建车轮-轨道振动噪声联合预测模型，利用所述车轮-轨道振动噪声联合预测模型预测得到车轮、钢轨、轨道板的振动噪声；

构建轮轨区域流场的流体域模型，利用所述流体域模型得到流场内的空气动压力，根据所述空气动压力仿真得到轮轨区域的空气气动噪声；

根据所述车轮、钢轨、轨道板的振动噪声和轮轨区域的空气气动噪声，基于流固耦合理论对轮轨区域的近场噪声和远场噪声进行声源贡献分析。

优选地，所述车轮、钢轨和轮轨的振动导纳的计算方法包括：

通过分别在钢轨及车轮上的某一点j点施加作用力F_i，利用谐响应分析法计算车轮及钢轨在加载点处的位移响应D_j，则车轮及钢轨加载点处的振动导纳分别通过下式进行计算：

轮轨接触导纳α_contact为轮轨接触刚度K_contact的倒数，即：

α_contact＝1/K_contact (3)