基于数值模型和解析模型的钢轨波导特性分析

作者：代丰; 刘学毅; 朱颖; 汤普森·代维; 杨吉...波导有限元铁木辛柯梁群速度速度导纳铁路轨道

摘要：钢轨振动由沿钢轨传递的各类导波构成，是铁路滚动噪声的主要贡献者.为了研究铁路轨道的动力特性，分别基于铁木辛柯梁理论和波导有限元法建立了两种分析模型，推导自由波响应和受迫响应的求解过程，以波数、群速度、速度导纳和衰减率为指标，分析了两种模型条件下钢轨的波导特性.研究结果表明：波导有限元模型包含了钢轨横截面所有的变形特征，可表征6 kHz内钢轨中的8种导波及其特性，反映导波波型交换、群速度互换的现象，以及高阶导波激发引起的导纳峰值；铁木辛柯梁模型可识别包括弯曲波、扭转波和纵波在内的5种钢轨导波，无法揭示截止频率在1.5 kHz以上与钢轨截面变形相关的导波；铁木辛柯梁模型可给出2 kHz内合理的钢轨垂向原点速度导纳计算结果.

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