CN113136747A - 一种基于粒子阻尼器的浮置道床减振方法和减振装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及轨道交通领域,公开一种基于粒子阻尼器的浮置道床减振方法和减振装置,其中浮置道床减振方法包括如下步骤:S10,根据振动产生源,确定振动传递路径;S20,基于振动传递路径,确立阻尼安装槽在浮置道床上的目标安装位置,至少有一个粒子阻尼器安装在浮置道床的内部位置或外部边缘位置;S30,基于离散元法,建立基于粒子阻尼器的浮置道床结构中粒子能量耗散模型;S40,基于所述离散元法建立的粒子能量耗散模型,统计耗能情况得到最佳减振效果,并确定与粒子阻尼器相关的阻尼粒子的粒径、填充率与材质参数;通过本发明的方法能够快速的确定最佳阻尼粒子的粒径、材质和填充率,应用本方法的减振装置也具有较高的抗振效果。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通领域,特别是一种基于粒子阻尼器的浮置道床减振方法和减振装置。
背景技术
目前,随着国家低碳出行的号召,地铁出行已成为市民必不可少的选择方式,越来越多的城市计划建设或增加城市的地铁路线,同时考虑到市民出行的便利性,其每一站地铁站口的设计通常尽可能靠近居民小区位置。而当地铁列车在运行过程当中,会受到来自轮轨等一系列激励而产生振动,包括列车自身重量载荷对钢轨的冲击。最终振动以能量的方式通过轨道系统,经过轨道基础、土层,再传递至周围的建筑物,进一步产生噪音影响人们的正常生活。作为城市重要的轨道交通系统,地铁负责着城市内部的大部分客流量,一旦轨道结构长期受到振动而引起疲劳破坏,影响数百万人的出行,严重时使得交通瘫痪。
目前应用在地铁上常用的减振方式为设计不同形式的减振扣件,降低竖向刚度以提供较大的垂向位移,使得弹性衰减较快,使用寿命随之缩短。
发明内容
为此,需要提供一种基于粒子阻尼器的浮置道床减振方法和减振装置,解决现有轨道结构减振效果较差等问题。
为实现上述目的,本发明提供了一种基于粒子阻尼器的浮置道床减振方法,应用于轨道交通的浮置道床,所述减振方法包括如下步骤:
S10,根据振动产生源,确定振动传递路径,所述传递路径为所述振动产生源至所述浮置道床至与所述浮置道床连接的路基至安装所述路基的隧道基础;
S20,基于振动传递路径,确立阻尼安装槽在浮置道床上的目标安装位置,至少有一个粒子阻尼器安装在浮置道床的内部位置或外部边缘位置;
S30,基于离散元法,建立基于粒子阻尼器的浮置道床结构中粒子能量耗散模型;
S40,基于所述离散元法建立的粒子能量耗散模型,统计耗能情况得到最佳减振效果,并确定与粒子阻尼器相关的阻尼粒子的粒径、填充率与材质参数;
所述步骤S20中,包括如下步骤:
S21,建立浮置道床的三维模型;
S22,基于有限元法对浮置道床结构进行有限元分析,建立相应的有限元模型;
S23,根据模态分析结果确定浮置道床模态响应最大的区域;
S24,利用动力学分析方法,对所述的浮置道床结构进行谐响应分析,确定阻尼安装槽在所述浮置道床上的目标安装位置。
进一步,所述振动产生源包括以下几种:
(1)列车自重载荷对安装在所述浮置道床的铁轨冲击;
(2)同一时刻,所述列车各车轮与所述铁轨之间不同的相互作用力;
(3)所述列车各车轮的偏心周期性激励;
(4)安装在所述浮置道床的铁轨由于不平顺性引起激励。
进一步,所述步骤S40中通过控制变量法确定达到最佳减振效果的阻尼粒子的粒径、填充率与材质。
一种基于粒子阻尼器的浮置道床减振装置,包括路基、浮置道床、隔振器和粒子阻尼器,所述浮置道床位于路基上,所述浮置道床和路基之间具有浮起间隙,所述浮置道床上设置有铁轨,所述浮置道床设有上下贯通的多个减振安装槽和多个阻尼安装槽,所述隔振器和粒子阻尼器分别安转于减振安装槽和阻尼安装槽内,所述隔振器的底端与路基相固定,所述隔振器支承浮置道床,所述粒子阻尼器包括上端盖、阻尼器壳体、阻尼粒子和下端盖,所述阻尼器壳体的内部中空设置形成填充腔,所述阻尼粒子填充至填充腔内,所述阻尼器壳体安装在阻尼安装槽内,所述上端盖和下端盖分别固定在阻尼安装槽的上下两个端口,所述阻尼粒子的粒径、填充率与材质采用上述任一种减振方法确定。所述路基固定在隧道基础上。
进一步,多个减振安装槽和多个阻尼安装槽均沿铁轨的延伸方向排列,阻尼安装槽位于减振安装槽靠近或远离浮置道床中心的侧边上。
进一步,多个所述阻尼安装槽呈一字相间排列、一字相接排列、交错相间排列、交错相接排列或搭接排列。
进一步,所述阻尼安装槽的横截面的形状为圆形、多边形、弓形或弧形,所述填充腔横截面的形状与阻尼安装槽的形状相对应。
进一步,所述阻尼器壳体由柔性材料制成,所述阻尼器壳体的外侧面紧贴阻尼安装槽的内表面。
进一步,所述阻尼器壳体由刚性材料制成,所述阻尼器壳体的外表面与阻尼安装槽的连接方式为螺纹连接、键连接、销连接、焊接、粘接、过盈连接、铆接型面连接或通过水泥浇筑连接。
进一步,所述的阻尼粒子形状为球体或多面体;所述球形的阻尼粒子的直径范围为0.1mm-100mm,所述多面体的阻尼粒子的边长范围为0.1mm-100mm,所述阻尼粒子为合金粒子、玻璃粒子、氧化物陶瓷粒子、碳化物陶瓷粒子、玻璃陶瓷粒子中的一种或多种,所述合金粒子的材质为铁基合金、铝基合金、钨基合金、纳基合金、镁基合金、钾基合金、铜基合金、钙基合金、钪基合金、钛基合金、钒基合金、镍基合金、钴基合金、锰基合金、铅基合金、铬基合金中的一种或多种,所述填充腔内阻尼粒子填充率的范围为40%-95%。
进一步,所述阻尼粒子的填充率为90%,球形的阻尼粒子的粒径为2mm,所述阻尼粒子的材料为铁基合金。
进一步,所述的阻尼粒子静摩擦系数范围为0-1,动摩擦系数范围为0-1,恢复系数范围为0-1,泊松比范围为0-1。
上述技术方案具有以下有益效果:
1.本发明所提供的基于粒子阻尼器减振优化方法,将粒子阻尼器应用在浮置道床上,该基于粒子阻尼器的减振方法首先利用有限元进行模态分析,并根据结果确定模态响应最大值区域,再按照主要激励方式进行谐响应分析,确定粒子阻尼器在浮置道床内部的目标位置。然后利用离散元法建立含粒子阻尼器的浮置道床模型,计算统计颗粒总能量的耗散情况,根据总能量耗散值最大的工况确定所述目标最佳颗粒粒径、材质和填充率。
2.本发明的提供的基于粒子阻尼器的浮置道床减振装置,隔振器和粒子阻尼器同时应用到浮置道床上,根据减振方法确定的隔振器、粒子阻尼器的位置和阻尼粒子的形态,隔振器能够有效的避免浮置道床的振动向路基,隧道基础上传递,同时位置能够有效的耗散浮置道床上振动的能量,阻尼粒子能够将振动能量转化为摩擦内能或碰撞动能,并耗散掉。
附图说明
图1为实施例1所述减振方法的流程图。
图2为实施例1所述一阶浮置道床的振型模态结构。
图3为实施例1所述二阶浮置道床的振型模态结构。
图4为实施例1所述三阶浮置道床的振型模态结构。
图5为实施例1所述粒子单元能量耗散模型。
图6为实施例1所述陶瓷、铁基合金和钨基合金的阻尼粒子的耗能值。
图7为实施例1所述不同粒径、填充率的阻尼粒子的耗能值。
图8为实施例2所述浮置道床减振装置俯视图。
图9为实施例2所述浮置道床减振装置部分结构图。
图10为实施例2所述浮置道床减振装置部分结构图。
图11为实施例2所述浮置道床减振装置横截面结构图。
图12为实施例2所述浮置道床减振装置横截面结构图。
图13为实施例3所述阻尼安装槽的剖面图。
图14为实施例4所述浮置道床减振装置俯视图。
附图标记说明:
1、浮置道床;
2、减振安装槽;21、隔振器;22、浮起间隙;
3、扣件;
4、阻尼安装槽;41、粒子阻尼器;411、阻尼器壳体;412、上端盖;413、下端盖;42、阻尼粒子;
5、铁轨;
6、路基;
7、隧道基础。
具体实施方式
为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果,以下结合具体实施例并配合附图详予说明。
实施例1
请参阅图1-7,本实施例一种基于粒子阻尼器的浮置道床减振方法,应用于轨道交通的浮置道床,所述浮置道床安装有隔振器,所述减振方法包括如下步骤:
S10,根据振动产生源,确定振动传递路径,所述传递路径为所述振动产生源至所述浮置道床至与所述浮置道床连接的轨道系统至安装所述轨道系统的隧道基础;
所述振动产生源包括以下几种:
(1)列车自重载荷对安装在所述浮置道床的铁轨冲击;
(2)同一时刻,所述列车各车轮与所述铁轨之间不同的相互作用力;
(3)所述列车各车轮的偏心周期性激励;
(4)安装在所述浮置道床的铁轨由于不平顺性引起激励
S20,基于振动传递路径,确立阻尼安装槽在浮置道床上的目标安装位置,至少有一个粒子阻尼器安装在浮置道床的内部位置或外部边缘位置;
所述步骤S20中,包括如下步骤:
S21,建立浮置道床的三维模型;
S22,基于有限元法对浮置道床结构进行有限元分析,建立相应的有限元模型;
S23,根据模态分析结果确定浮置道床模态响应最大的区域;
S24,利用动力学分析方法,对所述的浮置道床结构进行谐响应分析,确定阻尼安装槽在所述浮置道床上的目标安装位置;
如图2-图4所示,浮置道床的振型模态结构,一阶为处于两隔振器安装槽之间的中部接近纯弯曲,二阶为浮置道床前端、后端接近纯扭,三阶为浮置道床前端、后端发生弯曲,中间部分发生扭转,至少确定一个弯曲或扭转模态的位置为阻尼安装槽在浮置道床上的目标安装位置。本实施例,除了该位置外,还确定了其余三个弯扭模态程度较为严重的位置为目标安装位置。本实施例中实用有限元分析软件进行分析。
S30,基于离散元法,建立基于粒子阻尼器的浮置道床结构中粒子能量耗散模型;
如图5所示,利用离散元法建立基于浮置道床的粒子单元能量耗散模型,粒子阻尼系统中的粒子单元i和粒子单元j作为研究对象,则粒子单元的振动运动方程为:
式子中,粒子单元i的质量为mi;线加速度为重力加速度为g;粒子单元i和粒子单元j相互作用的法向力和切向力分别为和粒子单元i受到的惯性矩为Ii;角加速度为粒子单元i所受扭矩为Tij;与粒子单元i接触的粒子单元数量为ui。
当粒子单元i和粒子单元粒j发生碰撞时,碰撞耗能为:
式子中,粒子单元i和粒子单元j碰撞消耗的能量为ΔEe-ij;粒子单元的恢复系数为e;两粒子单元碰撞前的相对速度为Δv。
摩擦耗散能量值由摩擦力做功决定,故粒子单元之间的摩擦耗能表示为:
式子中,粒子单元i和粒子单元粒j摩擦消耗的能量为ΔEf-ij;两粒子单元之间的切向相对位移为ΔSμ-ij。
当粒子单元与粒子阻尼器内壁发生碰撞或摩擦时,能耗计算方法也遵循上述定理,故基于浮置道床的粒子阻尼系统的离散元总耗能模型能量值可表示为:
S40,基于所述离散元法建立的粒子能量耗散模型,统计耗能情况得到最佳减振效果,并确定与粒子阻尼器相关的阻尼粒子的粒径、填充率与材质参数;具体包括如下步骤:
S41,从粒子粒径、阻尼器填充率和粒子材质中的一个参数选作第一研究参数,本实施例以粒子材质作为第一研究参数,采用陶瓷、铁基合金,钨基合金作为研究对象,保证粒子阻尼器填充率和粒子材质参数相同,在离散单元软件中输入相应的参数值,以第一研究参数作为变量,计算和对比各自在添加粒子阻尼器前后的耗能值来确定基于浮置道床的粒子材质参数,其结果对比图如图6所示,从颗粒材质的密度、粒子阻尼器整体的重量以及经济性方面考虑,本实施例采用铁基合金。
S42,从剩余的两个参数为第二研究参数,本实施例选用粒子阻尼器填充率为第二研究参数,参数选用范围为40%-95%,则粒子直径为第三研究参数,输入第一研究参数的最佳值,保证第三研究参数的参数值相同,以第二研究参数为变量,并在离散单元软件输入研究参数的参数值,设定为40%,50%,60%,70%,80%,90%,95%,计算和对比各自在添加粒子阻尼器的耗能值来确定粒子阻尼器填充率的最佳参数。
S43,在S41和S42的基础上,得到第一研究参数和第二研究参数的最佳值,以剩余的粒子参数作为第三研究参数,并以第三研究参数作为研究变量,输入第一和第二研究参数的最佳值,以第三研究参数为变量,并在离散单元软件输入研究参数的参数值,设定为1mm,2mm,3mm,4mm,5mm,计算和对比各自在添加粒子阻尼器的耗能值来确定粒子粒径的最佳参数。其结果对比图如图7所示,在本实施例中,粒子阻尼器填充率最佳值为90%,粒子粒径最佳值为2mm。
需要说明的是,上述粒子粒径、填充率与粒子材质参数的确定过程是相互独立的,互不干扰,除此,在本实施例中,还可以先以粒子粒径、粒子阻尼器填充率和粒子材质中的任一参数为第一研究参数,然后在确定的参数基础上,对其余的两个参数进行确定。
如,在离散单元软件中先输入相同的粒子材质和粒子阻尼器填充率参数值,观察和统计不同粒子粒径下粒子阻尼器系统的耗能情况,以耗能值最大时的粒子粒径作为最佳值。
然后,在离散单元软件中先输入粒子粒径的最佳值及相同的粒子阻尼器填充率参数值,观察和统计不同粒子材质下粒子阻尼器系统的耗能情况,以耗能值最大时的粒子材质作为最佳的粒子材质。
之后,在上述步骤的基础下得到的粒子粒径的最佳值和最佳的粒子材质,在离散单元软件中输入该参数,观察和统计不同粒子阻尼器填充率下粒子阻尼器系统的耗能情况,以耗能值最大时的粒子阻尼器填充率作为最佳值。
最后,根据上述步骤确定的粒子粒径、粒子阻尼器填充率的最佳值以及最佳的粒子材质对粒子阻尼器进行设定,然后将设定后的粒子阻尼器安装在浮置道床的目标安装位置上的阻尼安装槽上,使得粒子阻尼器有最大减振效果,浮置道床的阻尼效应能得到进一步提高。
在上述基础上,为了验证粒子阻尼器的实际减振效果,本实施例还可以对安装有上述粒子阻尼器的浮置道床进行扫频测试,对比浮置道床在添加上述粒子阻尼器前后的加速度总有效值,确定浮置道床的减振效果,对此本实施例不进行详细讨论。
本发明在将浮置道床上两个隔振器之间内置的阻尼安装槽上安装粒子阻尼器壳体,内部腔体并被粒子阻尼填充,当激励振源产生振动,使得整个浮置道床发生振动甚至变形时,粒子阻尼与粒子阻尼之间,粒子阻尼与粒子阻尼器壳体发生碰撞和摩擦,浮置道床整体的动量与粒子阻尼发生交换,从而消耗整体结构的振动能量,提供铁路系统的结构阻尼,在装有隔振器的基础上进一步将铁路系统的振动幅值降低,进而改善整体铁路系统的动力学特性。
当应用在其他含浮置道床或轨道结构的大型交通系统时,该减振优化方法首先分析主要激励振源,依据从轨道系统至隧道结构,至土层结构以及周围的建筑物确定主要传播路径,然后确定粒子阻尼器在轨道结构内置的目标位置。然后利用离散元法建立含粒子阻尼器的浮置道床模型,计算统计颗粒总能量的耗散情况,根据总能量耗散值最大的工况确定所述目标最佳颗粒粒径、材质和填充率。
可见,本发明提供的浮置道床减振方法应用于大型轨道交通场合上,具有较好的适用性,提高轨道系统的减振能力。本方案通过应用粒子阻尼器对列车等轨道系统、隧道系统以及土层结构进行减振,提高整个交通系统的稳定性和安全性。
实施例2
如图8-12所示,应用了实施例1的减振方法的一种基于粒子阻尼器的浮置道床减振装置,包括路基6、浮置道床1、隔振器21和粒子阻尼器41,所述浮置道床1位于路基6上,所述浮置道床1和路基6之间具有浮起间隙22,所述浮置道床1上设置有铁轨5,所述浮置道床1设有上下贯通的多个减振安装槽2和多个阻尼安装槽4,所述隔振器21和粒子阻尼器41分别安转于减振安装槽2和阻尼安装槽4内,所述隔振器21的底端与路基6相固定,所述隔振器21支承浮置道床1。
本实施例中,浮置道床1的板长度为25m,宽为3.2m,厚度为300mm-400mm之间,取0.34m,浮起间隙22高度为30mm,浮置道床1的主要成分为混凝土;浮置道床1上设有扣件3用于扣压固定铁轨5。本实施例中隔振器21为钢弹簧隔振器21。
以纵向相邻的两个扣件的间距的两倍为跨距,隔振器21纵向间距为一倍跨距、二倍跨距或三倍跨距三种形式,本实施例中的隔振器21间距采用一倍跨距,所述浮置道床1上相邻的扣件3的纵向间距为0.625m,即,隔振器21纵向间距为两倍扣件3间距1.25m,浮置道床1上单侧布置20个隔振器21。隔振器21横向间距为1860mm,扣件3的横向间距为1513mm,钢弹簧隔振器21底部尺寸取直径350mm。阻尼器横向间距为700mm,截面形状是半径为250mm的圆形,共布置25个粒子阻尼器41,粒子阻尼器41设置在浮置道床1的安装槽上。
所述粒子阻尼器41包括上端盖412、阻尼器壳体411、阻尼粒子42和下端盖413,所述阻尼器壳体411的内部中空设置形成填充腔,所述阻尼粒子42填充至填充腔内,所述阻尼器壳体411安装在阻尼安装槽4内,所述上端盖412和下端盖413分别固定在阻尼安装槽4的上下两个端口,阻尼器壳体411、上端盖412、下端盖413均为不锈钢制成,粒子阻尼器41整体为圆柱框体。
如图9所示,粒子阻尼器41上、下端盖413均设有四个螺纹孔,粒子阻尼器41安装在阻尼安装槽4上,利用螺栓分别通过粒子阻尼器41上、下端盖413的四个螺纹孔阻尼器壳体411与阻尼安装槽4固定连接。
如图10所示,另一实施例,粒子阻尼器41上、下端盖413未设置螺纹孔,粒子阻尼器41可以通过胶粘的方式粘在安装阻尼安装槽4固定。
本实施例中,阻尼安装槽4位于减振安装槽2靠近浮置道床1中心的侧边上,阻尼安装槽4的安装位置由实施例所述的方法进行确定,本实施例的浮置道床经过实施例1步骤S20建模如图2-4。。
如图12,另一种实施例,阻尼安装槽4位于减振安装槽2远离浮置道床1中心的侧边上。
所述的阻尼器壳体411由柔性材料或刚性材料制成,其与浮置道床1内的安装槽的固定方式为螺纹连接、键连接、销连接、焊接、粘接、过盈连接、铆接型面连接或被用水泥浇筑连接。
所述阻尼安装槽4的排列方式为一字相间排列、一字搭接排列、一字想接排列、交错相接排列、交错相间排列。
所述阻尼安装槽4的截面形状不限于圆形、多边形、弓形以及弧形。
所述填充腔横截面的形状与阻尼安装槽4的形状相对应,其截面形状不限于圆形、多边形、弓形以及弧形。
所述的阻尼粒子42形状为球形、三角形或多边形;
所述的阻尼粒子42的材质为铁基合金、铝基合金、钨基合金、纳基合金、镁基合金、钾基合金、铜基合金、钙基合金、钪基合金、钛基合金、钒基合金、镍基合金、钴基合金、锰基合金、铅基合金、铬基合金中的一种或多种金属组合而成的多元合金以及玻璃粒子、氧化物陶瓷粒子、碳化物陶瓷粒子、玻璃陶瓷粒子中的一种或多种非金属粒子组合而成的多元非金属粒子。
所述的阻尼器填充率范围为40%-95%;具体的可以为,40%、50%、60%、70%、80%、90%和95%。
所述的球形阻尼粒子42的直径范围为0.1mm-100mm,所述的多边形阻尼粒子42的边长范围为0.1mm-100mm,具体的球形阻尼粒子42的粒径为1mm、2mm、3mm、4mm、5mm。
所述的阻尼粒子42静摩擦系数范围为0-1,动摩擦系数范围为0-1,恢复系数范围为0-1,泊松比范围为0-1。
本实施例中,选用铁基合金的球形阻尼粒子42,填充率为90%,阻尼粒子42的粒径为2mm。由实施例1的减振方法进行确定,具体减振方法的计算结果如图6-7。
实施例3
如图13,一种基于粒子阻尼器的浮置道床减振装置,与实施例1相比,本实施例中阻尼器壳体411为阻尼安装槽4内壁,本实施例中粒子阻尼器41上、下端盖413均为不锈钢制成,粒子阻尼器41整体为圆柱框体。填充腔即由阻尼安装槽4内壁构成,整体容量为一定体积,由阻尼粒子42填充其中。粒子阻尼器41上、下端盖413均设有四个螺纹孔,浮置道床1上有若干个阻尼安装槽4,阻尼安装槽4位于浮置道床1上的所述目标安装位置,先利用螺栓通过下端盖413的四个螺纹孔将下端盖413固定在阻尼安装槽4上,后将阻尼粒子42填充在所述的填充腔,再利用螺栓通过上端盖412的四个螺纹孔将粒子阻尼器41上端盖412与阻尼安装槽4固定连接。
需要注意的是,粒子阻尼同实施例2相同,阻尼安装槽4位于减振安装槽2靠近或远离浮置道床1中心的侧边上。
实施例4
如图14,一种基于粒子阻尼器的浮置道床减振装置,与实施例1相比,本实施例中。阻尼器壳体411内部设置有五个一定体积的腔体,形成填充腔,由粒子阻尼均匀分布填充在填充腔内。
需要注意的是,粒子阻尼同实施例2或3相同,阻尼安装槽4位于减振安装槽2靠近或远离浮置道床1中心的侧边上。
本发明中,隔振器21和粒子阻尼器41同时应用到浮置道床1上,根据减振方法确定的隔振器21、粒子阻尼器41的位置和阻尼粒子42的形态,隔振器21能够有效的避免浮置道床1的振动向路基6,隧道基础7上传递,同时位置能够有效的耗散浮置道床1上振动的能量,阻尼粒子42能够将震动的能够转化为摩擦、碰撞能量耗散掉。
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括……”或“包含……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外,在本文中,“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数;“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。
尽管已经对上述各实施例进行了描述,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例做出另外的变更和修改,所以以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利保护范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于粒子阻尼器的浮置道床减振方法,其特征在于,应用于轨道交通的浮置道床,所述减振方法包括如下步骤:
S10,根据振动产生源,确定振动传递路径,所述传递路径为所述振动产生源至所述浮置道床至与所述浮置道床连接的路基至安装所述路基的隧道基础;
S20,基于振动传递路径,确立阻尼安装槽在浮置道床上的目标安装位置,至少有一个粒子阻尼器安装在浮置道床的内部位置或外部边缘位置;
S30,基于离散元法,建立基于粒子阻尼器的浮置道床结构中粒子能量耗散模型;
S40,基于所述离散元法建立的粒子能量耗散模型,统计耗能情况得到最佳减振效果,并确定与粒子阻尼器相关的阻尼粒子的粒径、填充率与材质参数;
所述步骤S20中,包括如下步骤:
S21,建立浮置道床的三维模型;
S22,基于有限元法对浮置道床结构进行有限元分析,建立相应的有限元模型;
S23,根据模态分析结果确定浮置道床模态响应最大的区域;
S24,利用动力学分析方法,对所述的浮置道床结构进行谐响应分析,确定阻尼安装槽在所述浮置道床上的目标安装位置。
2.如权利要求1所述的浮置道床减振方法,其特征在于,所述振动产生源包括以下几种:
(1)列车自重载荷对安装在所述浮置道床的铁轨冲击;
(2)同一时刻,所述列车各车轮与所述铁轨之间不同的相互作用力;
(3)所述列车各车轮的偏心周期性激励;
(4)安装在所述浮置道床的铁轨由于不平顺性引起激励。
3.如权利要求1所述的浮置道床减振方法,其特征在于,所述步骤S40中通过控制变量法确定达到最佳减振效果的阻尼粒子的粒径、填充率与材质。
4.一种基于粒子阻尼器的浮置道床减振装置,其特征在于,包括路基、浮置道床、隔振器和粒子阻尼器,所述浮置道床位于路基上,所述浮置道床和路基之间具有浮起间隙,所述浮置道床上设置有铁轨,所述浮置道床设有上下贯通的多个减振安装槽和多个阻尼安装槽,所述隔振器和粒子阻尼器分别安转于减振安装槽和阻尼安装槽内,所述隔振器的底端与路基相固定,所述隔振器支承浮置道床,,所述粒子阻尼器包括上端盖、阻尼器壳体、阻尼粒子和下端盖,所述阻尼器壳体的内部中空设置形成填充腔,所述阻尼粒子填充至填充腔内,所述阻尼器壳体安装在阻尼安装槽内,所述上端盖和下端盖分别固定在阻尼安装槽的上下两个端口,所述阻尼粒子的粒径、填充率与材质采用上述权利要求1-3任一种减振方法确定。
5.如权利要求4所述的浮置道床减振装置,其特征在于,多个减振安装槽和多个阻尼安装槽均沿铁轨的延伸方向排列,阻尼安装槽位于减振安装槽靠近或远离浮置道床中心的侧边上。
6.如权利要求5所述的浮置道床减振装置,其特征在于,多个所述阻尼安装槽呈一字相间排列、一字相接排列、交错相间排列、交错相接排列或搭接排列,所述阻尼安装槽的横截面的形状为圆形、多边形、弓形或弧形,所述填充腔横截面的形状与阻尼安装槽的形状相对应。
7.如权利要求4所述的浮置道床减振装置,其特征在于,所述阻尼器壳体由柔性材料制成,所述阻尼器壳体的外侧面紧贴阻尼安装槽的内表面。
8.如权利要求4所述的浮置道床减振装置,其特征在于,所述阻尼器壳体由刚性材料制成,所述阻尼器壳体的外表面与阻尼安装槽的连接方式为螺纹连接、键连接、销连接、焊接、粘接、过盈连接、铆接型面连接或通过水泥浇筑连接。
9.如权利要求4所述的浮置道床减振装置,其特征在于,所述的阻尼粒子形状为球体或多面体;所述球形的阻尼粒子的直径范围为0.1mm-100mm,所述多面体的阻尼粒子的边长范围为0.1mm-100mm,所述阻尼粒子为合金粒子、玻璃粒子、氧化物陶瓷粒子、碳化物陶瓷粒子、玻璃陶瓷粒子中的一种或多种,所述合金粒子的材质为铁基合金、铝基合金、钨基合金、纳基合金、镁基合金、钾基合金、铜基合金、钙基合金、钪基合金、钛基合金、钒基合金、镍基合金、钴基合金、锰基合金、铅基合金、铬基合金中的一种或多种,所述填充腔内阻尼粒子填充率的范围为40%-95%。
10.如权利要求9所述的浮置道床减振装置,其特征在于,所述阻尼粒子的填充率为90%,球形的阻尼粒子的粒径为2mm,所述阻尼粒子的材料为铁基合金,所述的阻尼粒子静摩擦系数范围为0-1,动摩擦系数范围为0-1,恢复系数范围为0-1,泊松比范围为0-1。
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