Journal of Zhejiang University

Current Issue: <JZUS-A>

Journal of Zhejiang University-SCIENCE A (Applied Physics & Engineering)

ISSNs 1673-565X (Print); 1862-1775 (Online); CN 33-1236/O4; started in 2000,Monthly.

JZUS-A is a peer-reviewed physical and engineering journal, indexed by SCI-E, Ei Compendex, INSPEC, CA, SA, JST, AJ, ZM, CABI, ZR, CSA, etc. It mainly covers research in Applied Physics, Mechanical and Civil Engineering, Environmental Science and Energy, Materials Science and Chemical Engineering, etc.

Impact factor: 0.408 (2011), 0.527 (2012), 0.608 (2013), 0.882 (2014), 0.941 (2015), 1.214 (2016), 1.215 (2017), 1.369 (2018).

Journal of Zhejiang University SCIENCE A

ISSN 1673-565X(Print), 1862-1775(Online), Monthly

2021 Vol.22 No.1 P.1-84

Cover:

<782>

Contents:

<1078>

<<< CONTENTS >>>

Special Feature on Noise and Vibration from Transportation (Guest Editor-in-Chief: Georges KOUROUSSIS; Guest Editors: Sheng-yang ZHU, Konstantinos VOGIATZIS)

Editorial: Noise and vibration from transportation

Georges Kouroussis, Sheng-yang Zhu, Konstantinos Vogiatzis

DOI: 10.1631/jzus.A20NVT01 Downloaded: 1647 Clicked: 2326 Cited: 0 Commented: 0(p.1-5) <Full Text>

Mitigation of high-speed trains vibrations by expanded polystyrene blocks in railway embankments

Alexandros Lyratzakis, Yiannis Tsompanakis, Prodromos N. Psarropoulos

DOI: 10.1631/jzus.A1900680 Downloaded: 2000 Clicked: 3102 Cited: 0 Commented: 0(p.6-20) <Full Text> <PPT> 1537

Chinese summary <215> 軌道路堤鋪設聚苯乙烯泡沫塊對高速鐵路車(chē)緻振動的減振效果研究

目的:高速列車(chē)運行引起的振動問題在環境工(gōng)程和地質工(gōng)程中(zhōng)被視爲重要的研究課題.爲了減小(xiǎo)高速列車(chē)運行引起的不利振動,本文聚焦于一(yī)種創新減振技術的潛在應用,并通過數值計算分(fēn)析聚苯乙烯泡沫塊鋪設在不同幾何參數的軌道路堤上時對車(chē)緻振動的減振效果,從而實現減振方案的最優設計.
創新點:1. 探明了不同路堤高度和不同路堤斜坡傾角對車(chē)緻振動規律的影響.2. 分(fēn)析一(yī)種聚苯乙烯泡沫塊在高速鐵路車(chē)緻振動中(zhōng)的減振效果.
方法:1. 建立三維的軌道-路堤-土體(tǐ)有限元模型,結合移動載荷法分(fēn)析高速列車(chē)運行引起的地面振動.2. 通過參數化研究分(fēn)析軌道路堤高度和斜坡傾角對于振動波傳遞的影響.3. 分(fēn)析聚苯乙烯泡沫塊使用前後高速列車(chē)運行引起的地面振動.
結論:1. 軌道路堤的高度對于振動波傳遞的影響不大(dà).2. 軌道路堤斜坡的傾角對于車(chē)緻振動的傳播影響很大(dà),且傾角越大(dà)對應的振動水平越小(xiǎo).3. 在不同高度、不同斜坡傾角的軌道路堤上鋪設聚苯乙烯泡沫塊均有良好的減振效果.

關鍵詞組：高速鐵路;高速列車(chē);車(chē)緻振動;減振措施;聚苯乙烯泡沫

Dynamic track-soil interaction—calculations and measurements of slab and ballast tracks

Lutz Auersch, Samir Said

DOI: 10.1631/jzus.A1900651 Downloaded: 2231 Clicked: 3194 Cited: 0 Commented: 0(p.21-36) <Full Text> <PPT> 1532

Chinese summary <213> 軌道-土體(tǐ)動态相互作用--闆式軌道和有砟軌道的計算和測量

目的:分(fēn)析闆式軌道和有砟軌道的動态特性,爲軌道結構的設計、軌道損傷機理的研究和線路養護維修建議的制定提供理論依據;測試闆式軌道和有砟軌道的振動響應,以确定軌道參數,防止其損傷.所建立的軌道模型也可以與車(chē)輛模型進行耦合分(fēn)析車(chē)輛-軌道動力相互作用,并據此研發減隔振措施.
創新點:1. 對多梁連續土體(tǐ)模型進行了頻(pín)率波數域計算,研究了闆式軌道和有砟軌道的動态特性;2. 針對錘擊荷載和列車(chē)動載兩種工(gōng)況,使用可對位移進行時間積分(fēn)的檢波器(速度傳感器)進行了測試,并基于理論和試驗研究分(fēn)析了不同軌道和軌道部件的振動特性.
方法:1. 通過在頻(pín)率-波數域對多梁連續土體(tǐ)模型的計算以及對錘擊荷載和列車(chē)動載兩種工(gōng)況的測試,分(fēn)析闆式軌道和有砟軌道的動态特性;2. 将不同軌道和軌道單元的柔度分(fēn)别作爲頻(pín)率相關傳遞函數進行分(fēn)析.
結論:1. 對于闆式軌道,軟軌下(xià)膠墊的鋼軌出現了清晰的共振;測量得到的振幅和相位的劇烈下(xià)降可以解釋爲軌道-道砟或軌道-土體(tǐ)的高阻尼共振,即假定道砟與軌枕之間有軟接觸.2. 土體(tǐ)對有砟軌道和軌道闆的低頻(pín)振動特性有較大(dà)的影響;闆式軌道的軌道闆的柔度最小(xiǎo),整體(tǐ)變形最大(dà),而闆式軌道的鋼軌的柔度最大(dà),局部變形最大(dà).3. 測試結果與計算結果基本一(yī)緻;如果軌道模型的參數選取合适,則兩者在許多細節上也較爲吻合.

關鍵詞組：闆式軌道;有砟軌道;列車(chē)荷載;錘擊激勵;軌道-土體(tǐ)相互作用

Vibration response analysis of floating slab track supported by nonlinear quasi-zero-stiffness vibration isolators

Ze-ming Zhao, Kai Wei, Juan-juan Ren, Gao-feng Xu, Xiang-gang Du, Ping Wang

DOI: 10.1631/jzus.A2000040 Downloaded: 2536 Clicked: 3268 Cited: 0 Commented: 0(p.37-52) <Full Text> <PPT> 1671

Chinese summary <216> 非線性準零剛度浮置闆軌道振動響應分(fēn)析

目的:綜合考慮車(chē)軌耦合系統的安全性與減振效果,合理優化浮置闆軌道用準零剛度隔振器正負剛度元件的參數匹配,從而降低鋼彈簧浮置闆軌道基頻(pín),提高低頻(pín)減振效果.
創新點:1. 應用高靜低動非線性剛度特征,在保證動态位移不超限的前提下(xià),進一(yī)步優化浮置闆軌道的低頻(pín)減振效果,解決了傳統線性隔振理論面臨的瓶頸問題.2. 在毫米級的動态位移限制範圍内,研究了一(yī)種針對浮置闆準零剛度隔振器結構的參數匹配優化分(fēn)析方法.
方法:1. 針對浮置闆軌道毫米級動态位移,提出正負剛度元件參數的匹配研究順序以及合理取值範圍.2. 建立一(yī)種車(chē)輛-準零剛度浮置闆軌道耦合動力學模型.3. 綜合準零剛度隔振器對輪軌系統安全性及浮置闆軌道減振效果的影響,提出正負剛度元件的參數匹配及優化方法.
結論:1. 在浮置闆軌道毫米級動态位移範圍内,隔振器的剛度非線性程度主要取決于負剛度元件的原始長度(圖2).2. 負剛度元件在浮置闆軌道無車(chē)載情況下(xià)的壓縮長度決定了浮置闆軌道在靜力荷載作用下(xià)的低動剛度(圖3);然而,爲了保證浮置闆軌道動态位移不超限,需要提高正剛度元件的剛度以實現浮置闆軌道在車(chē)輛荷載作用下(xià)的高靜剛度(圖4).3. 在隔振器承載能力相同的情況下(xià),正負剛度元件有多種剛度匹配方式(圖4),但其減振效果與非線性特性密切相關;剛度非線性過低,其減振效果與降低線性隔振器剛度相似(圖10和11);剛度非線性過強,将會導緻高于傳統固有頻(pín)率的振動被放(fàng)大(dà)(圖17).4. 通過關鍵參數的合理匹配,在不增加浮置闆軌道動态位移的情況下(xià)(圖12),固有頻(pín)率可降低20%,而基頻(pín)處浮置闆垂向振動加速度水平和支承力分(fēn)别降低6.9 dB和55%(圖16和17).

關鍵詞組：浮置闆軌道;準零剛度隔振器;車(chē)輛軌道耦合動力學;低頻(pín)減振效果

Environmental noise beside an elevated box girder bridge for urban rail transit

Yun-fei Zhang, Li Li, Zhen-yu Lei, Long-bo Yu, Zheng Bu

DOI: 10.1631/jzus.A1900678 Downloaded: 2236 Clicked: 3595 Cited: 0 Commented: 0(p.53-69) <Full Text> <PPT> 1598

Chinese summary <211> 城市軌道交通高架箱梁橋側環境噪聲實例研究

目的:爲了更好地控制高架軌道交通噪聲、優化聲環境,本文對噪聲源強度和環境噪聲的頻(pín)譜特性和分(fēn)頻(pín)段能量進行分(fēn)析,并将現場試驗和數值模拟進行對比研究,希望能在特定敏感頻(pín)率下(xià)尋找高架軌道噪聲源,進而爲實現高架線路的降噪優化設計提供參考.
創新點:1. 完成了可靠的基于車(chē)-線-橋耦合動力學的橋梁結構環境聲學預測模型的搭建及應用;2. 考慮了多普勒效應對實驗結果的影響,并以此得到了修正的相幹分(fēn)析結果.
方法:1. 基于高架地鐵線路的現場試驗,以普通闆式軌道爲研究對象,采用時域、頻(pín)域和三分(fēn)之一(yī)倍頻(pín)程分(fēn)析方法對箱梁橋側環境噪聲的傳播和衰減進行分(fēn)析;2. 基于地鐵車(chē)-線-橋耦合動力學方法及有限元、邊界元方法建立聲輻射計算模型,并在此基礎上計算箱梁結構對環境噪聲的影響以及不同面闆對應的聲學特性;3. 考慮多普勒效應對頻(pín)移的影響,并基于偏相幹理論編制多輸入單輸出計算程序,計算橋梁結構噪聲與輪軌噪聲的相關性和貢獻程度.
結論:1. 該橋和輪軌的峰值噪聲分(fēn)别爲31.5~63 Hz和400~800 Hz;在橋側環境噪聲中(zhōng),250 Hz以上頻(pín)段主要受輪軌噪聲的影響;在噪聲源強度範圍内,250 Hz以上噪聲相對能量比可達72.8%;近地面遠橋區噪聲以低頻(pín)爲主,其相對能量比約爲8.85%.2. 速度爲67.9 km/h時,多普勒效應對頻(pín)移的影響小(xiǎo)于6%;在250 Hz以下(xià)的低頻(pín)段,橋梁附近和地面聲陰影區的噪聲來自橋梁振動輻射噪聲,其中(zhōng)底闆的貢獻最大(dà);遠橋綜合噪聲區的噪聲主要由橋梁結構傳聲引起,且各闆結構的貢獻度不同.

關鍵詞組：城市軌道交通;高架線路;環境噪聲;箱梁橋;現場測量;聲學模型;多普勒效應

Regular Paper

Formation process, key influencing factors, and countermeasures of high-order polygonal wear of locomotive wheels

Gong-quan Tao, Xiao-long Liu, Ze-feng Wen, Xue-song Jin

DOI: 10.1631/jzus.A2000081 Downloaded: 2273 Clicked: 3262 Cited: 0 Commented: 0(p.70-84) <Full Text> <PPT> 1737

Chinese summary <126> 機車(chē)車(chē)輪高階多邊形磨耗形成過程、關鍵影響因素和解決措施研究

目的:某型大(dà)功率交流傳動機車(chē)容易出現嚴重的車(chē)輪多邊形磨耗.本文旨在通過總結試驗研究結果,歸納車(chē)輪多邊形磨耗的形成過程和關鍵影響因素,提出相應的解決措施,并對解決措施進行數值驗證.
創新點:1. 揭示了機車(chē)車(chē)輪多邊形磨耗的形成過程,并明确了其關鍵影響因素;2. 對輪對結構進行改進設計來抑制車(chē)輪多邊形磨耗,并從數值仿真的角度對其效果進行了驗證.
方法:1. 通過總結試驗測試結果,明确車(chē)輪多邊形磨耗的形成過程和關鍵影響因素(圖2);2. 通過輪對試驗模态和數值模态分(fēn)析,掌握輪對的模态特性(圖4和6);3. 通過輪對動力響應分(fēn)析,驗證輪對結構改進設計對抑制車(chē)輪多邊形磨耗的效果(圖8和12);4. 通過理論推導,分(fēn)析不落輪镟修不能有效消除車(chē)輪多邊形磨耗的原因(公式(1)~(6)).
結論:1. 輪對彎曲振動是導緻車(chē)輪形成高階多邊形磨耗的内在因素,而較差的車(chē)輪镟修效果是車(chē)輪多邊形磨耗發展較快的外(wài)在因素;2. 車(chē)輪橫向剛度較低,容易導緻輪對固有振動被輪軌不平順激發,從而對車(chē)輪多邊形磨耗的形成産生(shēng)重要影響;3. 改變輪對镟修時的固定方式,或者改變镟床驅動輪間距可以有效提升車(chē)輪镟修質量;4. 通過提高車(chē)輪橫向剛度,改變輪對固有振動特性,理論上能有效緩解車(chē)輪多邊形磨耗的形成.

關鍵詞組：機車(chē);多邊形磨耗;輪對動力學分(fēn)析;車(chē)輪镟修