[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

权利要求书

1.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； 

（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。

2.如权利要求1所述的基于功率流-边界元模型的高架轨道交通噪声预测仿真预测方法，其特征是：所述步骤（3）中，桥梁结构用三维实体单元模拟，二期恒载用质量单元模拟，桥梁模态分析频率范围为中频。

3.如权利要求1所述的基于功率流-边界元模型的高架轨道交通噪声预测仿真预测方法，其特征是：所述步骤（4）中，轨道-桥梁功率流数值模型中，轨道用无限长欧拉梁模拟，轨道与桥梁之间的扣件用弹簧单元模拟，以弹簧力（包括回复力和阻尼力）为基本未知量建立轨道-桥梁系统力法方程，计算单位简谐荷载作用下系统的振动速度及功率流。

4.如权利要求3所述的基于功率流-边界元模型的高架轨道交通噪声预测仿真预测方法，其特征是：所述步骤（4）中，在钢轨上某车轮位置作用竖向单位正弦荷载，各弹簧处的位移协调方程为： 

其中：为单位正弦荷载圆频率；为未知弹簧力列向量；为单位正弦荷载引起的弹簧压缩位移列向量；为结构动柔度矩阵；为弹簧动柔度矩阵；解此方程可得各弹簧力，m指第m个弹簧单元，进而求出各弹簧节点的位移；然后，根据位移和速度的关系，计算各弹簧的节点速度，a为第m个弹簧单元的a节点。

5.如权利要求3所述的基于功率流-边界元模型的高架轨道交通噪声预测仿真预测方法，其特征是：所述步骤（4）中，通过第m个弹簧输入到各结构的功率计算公式为：

其中：表示复数共轭。

6.如权利要求3所述的基于功率流-边界元模型的高架轨道交通噪声预测仿真预测方法，其特征是：所述步骤（4）中，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。