• ISSN 0258-2724
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德标减振轨道插入损失率的理论修正方法及应用

韦凯 刘延滨 王显 蒲前华

韦凯, 刘延滨, 王显, 蒲前华. 德标减振轨道插入损失率的理论修正方法及应用[J]. 西南交通大学学报, 2026, 61(1): 117-126. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20240116
引用本文: 韦凯, 刘延滨, 王显, 蒲前华. 德标减振轨道插入损失率的理论修正方法及应用[J]. 西南交通大学学报, 2026, 61(1): 117-126. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20240116
WEI Kai, LIU Yanbin, WANG Xian, PU Qianhua. Theoretical Correction Method and Application of German-Standard Insertion Loss Rate of Vibration Damping Track[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2026, 61(1): 117-126. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20240116
Citation: WEI Kai, LIU Yanbin, WANG Xian, PU Qianhua. Theoretical Correction Method and Application of German-Standard Insertion Loss Rate of Vibration Damping Track[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2026, 61(1): 117-126. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20240116

德标减振轨道插入损失率的理论修正方法及应用

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20240116
基金项目: 国家自然科学基金项目(52388102,52378465,51978583)
详细信息
    作者简介:

    韦凯(1980—),男,研究员,研究方向为高分子材料减振轨道动力特性及车辆-轨道耦合系统动力学,E-mail:weimike@home.swjtu.edu.cn

  • 中图分类号: U211.5

Theoretical Correction Method and Application of German-Standard Insertion Loss Rate of Vibration Damping Track

  • 摘要:

    为准确高效评价轨道减振性能,德国标准DIN V 45673-4规定了插入损失率的高效计算方法,能够排除线路运营条件与轨道不平顺等随机因素的干扰,但该方法在模型等效时未考虑轨道抗弯刚度的贡献,不能准确得到实际轮轨系统共振频率,进而无法准确判断减振轨道的减振频带. 为提高计算精度,在不降低计算效率的前提下改进德标插入损失率计算模型,以弹性地基梁近似反映轨道实际结构尺寸与刚度特征,综合考虑弹性元件与轨道抗弯刚度对轨道刚度的贡献,修正模型刚度;以减振垫浮置板轨道为例,针对我国环评要求的1~80 Hz减振频带,讨论轨道尺寸及弹性元件减振优化方案. 研究结果表明:刚度修正后,轮轨系统共振频率误差由76.0%大幅降低至4.9%;单纯提高扣件损耗因子可以实现环评1~80 Hz频带的整体减振,然而在30~90 kN/mm扣件刚度范围内,单纯降低(单纯提高)扣件刚度仅能提高60~80 Hz (30~60 Hz)频带的插入损失率,但是却降低了30~60 Hz (60~80 Hz)的插入损失率,无法实现环评1~80 Hz频带的整体减振;只有当扣件刚度提升至90 kN/mm以上时,才可实现环评1~80 Hz频带的整体减振,且当减振垫刚度越低或浮置板厚度越大时,所需提高的扣件刚度越大.

     

  • 图 1  质量-弹簧-阻尼体系

    Figure 1.  Mass–spring–damping system

    图 2  双层弹性地基梁(浮置板轨道)

    Figure 2.  Double-layer elastic foundation beam (floating slab track)

    图 3  整体道床轨道有限元模型

    Figure 3.  Finite element model of monolithic bed track

    图 4  减振垫浮置板轨道有限元模型

    Figure 4.  Finite element model of floating slab track with vibration damping pads

    图 5  不同减振措施下插入损失率修正结果

    Figure 5.  Correction results of insertion loss rate under different vibration damping measures

    图 6  减振扣件轨道轮轨一阶(39.1 Hz)

    Figure 6.  First-order wheel–rail frequency of vibration damping fastener track (39.1 Hz)

    图 7  减振垫浮置板轨道轮轨系统共振频率

    Figure 7.  Resonant frequency of wheel–rail system of floating slab track with vibration damping pads

    图 8  插入损失率随频率的变化

    Figure 8.  Changes of insertion loss rate with frequency for different loss factors

    图 9  扣件刚度对插入损失率的影响

    Figure 9.  Effect of fastener stiffness on insertion loss rate

    图 10  扣件刚度对插入损失率的影响

    Figure 10.  Effect of fastener stiffness on insertion loss rate

    图 11  不同浮置板长宽时插入损失率随频率的变化

    Figure 11.  Changes of insertion loss rate with frequency for different floating slab track lengths and widths

    表  1  参照系统与减振系统参数

    Table  1.   Parameters of reference system and vibration damping system

    参数变量 默认变量名 质量-弹簧-阻尼体系
    参照系统 减振系统
    质量$ {M_1} $$ {M_{1{{\mathrm{Re}}} {\text{f}}}} $$ {M_{1{\text{mit}}}} $
    $ {M_2} $$ {M_{2{{\mathrm{Re}}} {\text{f}}}} $$ {M_{2{\text{mit}}}} $
    复刚度$ (1 + {\mathrm{i}}{\eta _1}){k_1} $$ (1 + {\mathrm{i}}{\eta _{1{{\mathrm{Re}}} {\text{f}}}}){k_{1{{\mathrm{Re}}} {\text{f}}}} $$ (1 +{\mathrm{ i}}{\eta _{1{\text{mit}}}}){k_{1{\text{mit}}}} $
    $ (1 + {\mathrm{i}}{\eta _2}){k_2} $$ (1 + {\mathrm{i}}{\eta _{2{{\mathrm{Re}}} {\text{f}}}}){k_{2{{\mathrm{Re}}} {\text{f}}}} $$ (1 + {\mathrm{i}}{\eta _{2{\text{mit}}}}){k_{2{\text{mit}}}} $
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    表  2  车轮受集中力时的荷载附加项

    Table  2.   Additional load when wheels are subject to concentrated force

    荷载附加项 钢轨挠度 浮置板挠度
    $ {y_{{\mathrm{p}}1}} $ $ P {w_4}\left(x - \dfrac{{{L_{\mathrm{r}}} - 2.5}}{2}\right) $ $ P {w_{12}}\left(x - \dfrac{{{L_{\mathrm{r}}} - 2.5}}{2}\right) $
    $ {y_{{\mathrm{p}}2}} $ $ P {w_4}\left(x - \dfrac{{{L_{\mathrm{r}}} + 2.5}}{2}\right) $ $ P {w_{12}}\left(x - \dfrac{{{L_{\mathrm{r}}} + 2.5}}{2}\right) $
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    表  3  浮置板受均布力作用时的荷载附加项

    Table  3.   Additional load when floating slab track is subject to uniform force

    荷载附加项 钢轨挠度 浮置板挠度
    $ {y_{\mathrm{q}}} $ $ \displaystyle\int_0^x {{w_8}(x - r) q{\text{ d}}r} $ $ \displaystyle\int_0^x {{w_{16}}(x - r) q{\text{ d}}r} $
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    表  4  计算工况

    Table  4.   Calculation conditions

    系统 扣件刚度/(kN·mm−1 扣件损耗因子 减振垫刚度/(N·mm−3 减振垫损耗因子
    参照系统 普通扣件整体道床 45 0.2
    减振系统 减振扣件 20 0.2
    减振垫浮置板 45 0.2 0.02 0.1
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    表  5  有限元及修正前、后轮轨系统共振频率结果

    Table  5.   Finite element results and resonant frequency results of wheel–rail system before and after correction Hz

    对象 减振类型 刚度修正前 刚度修正后 有限元
    9 组扣件 11 组扣件
    减振扣件 轮轨一阶 62.0 69.0 37.2 39.1
    减振垫浮置板 轮轨一阶 89.0 98.0 66.0 64.2
    轮板一阶 21.0 21.0 23.0 22.4
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    表  6  减振垫浮置板轨道插入损失率基础计算参数

    Table  6.   Basic calculation parameters for insertion loss rate of floating slab track with vibration damping pads

    减振系统计算参数 参数值
    扣件刚度/(kN·mm−1 45
    减振垫刚度/(N·mm−3 0.02
    扣件损耗因子 0.2
    减振垫损耗因子 0.1
    车轮质量/kg 2 × 1900
    每延米钢轨质量/kg 60
    浮置板长/宽/高/m 4.8/2.5/0.3
    浮置板密度/(kg·m−3 2400
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-03-12
  • 修回日期:  2024-06-21
  • 网络出版日期:  2025-04-21
  • 刊出日期:  2024-07-05

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