基于振动带隙和能量传递的轨道-桥梁声辐射系统减振降噪机理研究

With the rapid development of rail transit, noie pollution is becoming the focus of attention of the whole society. The proper understanding of the track-bridge sound radiation system is crucial to break the bottleneck of vibration and noise reduction of elevated rail transits. Firstly, based on chearness methods for beamforming acoustic source identification and array geometry optimization algorithm, as well as sound intensity measurement technique, the refined identification method in the three-dimensional space for noise sources of elevated rail transits is to be developed. On this basis, the track- and bridge-borne noise are separated by using blind source separation model. Then, the vibration band-gap characteristics of the track-bridge sound radiation system are studied based on the theory of periodic structure, which is then introduced to the waveguide finite element model of elevated bridges for developing a refined train-track-bridge coupling vibration power flow analysis method, and the energy transfer law of the track-bridge sound radiation system is then investigated. At last, an unified noise prediction method for elevated rail transits is developed by combining the consideration of complicated acoustic boundary conditions on a bridge and the blind source separation model. Based on the independent contribution of each noise source and acoustic optimization objective, the vibration matching between elevated bridges and track structures is regarded as the constraint condition, and the acoustic optimization method of the track-bridge sound radiation system is then proposed. The expected research achievements should have both academic and practical value.

随着轨道交通的迅猛发展，噪声污染成为了全社会所关注的热点内容。正确认识轨道-桥梁声辐射系统是突破高架轨道交通减振降噪瓶颈的关键。首先，采用波束形成声源辨识清晰化方法和阵列几何优化算法，并结合声强测试技术，发展高架轨道交通噪声源的空间精细化辨识方法。在此基础上，建立噪声源盲源分离模型，实现对轨道结构噪声和桥梁结构噪声的有效分离。然后，根据周期结构理论明确轨道-桥梁声辐射系统的振动带隙特性，并结合桥梁结构波导有限元模型，发展精细化的列车-轨道-桥梁耦合振动功率流分析方法，以明确轨道-桥梁声辐射系统的能量传递规律。最后，考虑桥上复杂声学边界条件的影响，并结合盲源分离模型，发展高架轨道交通综合噪声的一体化预测方法。在明确各噪声源的独立贡献量和声学优化目标的基础上，以轨道和桥梁的振动匹配为约束条件，构造声辐射灵敏度模型，并提出轨道-桥梁声辐射系统的声学优化方法。预期研究成果兼具学术意义和实用价值。

随着轨道交通的迅猛发展，噪声污染成为了全社会所关注的热点内容。围绕轨道-桥梁声辐射系统的基础性关键问题，本项目从声源识别、能量传递和声振优化三方面开展研究工作。主要研究内容包括：1）开发典型桥梁噪声实测数据库，明确不同桥型声振源强特性；2）发展桥梁噪声盲源分离方法，实现噪声时频特征精细刻画；3）建立复杂边界条件下噪声预测模型，揭示U形梁降噪机理和影响因素；4）开创高铁桥上半封闭式声屏障噪声试验，厘清真实服役状态下声屏障降噪行为；5）深化高铁桥上半/全封闭式声屏障振动分析，发明声屏障三向减振装置；6）改进箱梁振动噪声预测方法，揭示箱梁和钢轨声振峰值频率产生机理；7）发展“桥建合一”大型高铁站房振动频域分析方法，解决站房综合减振需求；8）梳理钢桥结构噪声研究进展，探索下承式钢桁梁声振机理和降噪措施。取得的主要成果有：发展了适用于高架轨道交通中低频噪声源的三维空间精细化辨识方法，并建立了高架轨道交通的噪声源盲源分离模型；明确了高架轨道交通的能量传递规律，将轨道-桥梁声辐射系统的认识提升到新的高度，为减振降噪设计提供理论支持；提出了针对不同桥型的轨道结构和高架桥梁的振动匹配及声学优化方法，实现了多个实际工程的减振降噪设计。研究成果应用于如下工程的减振降噪设计：深茂高铁桥上全封闭式声屏障；重庆南纪门长江大桥；昆明南站站房工程；赣深高铁桥上全封闭式声屏障；重庆地铁1号线浮置板；重庆地铁27号线桥上全封闭式声屏障；重庆市域快线璧铜线桥上全封闭式声屏障。发表期刊论文32篇、会议论文3篇，其中：SCI收录11篇，EI收录15篇。出版专著一部——《铁路桥梁结构噪声辐射理论及应用》，参与出版专著《高速铁路桥梁》（负责章节：高速铁路桥梁减振降噪装置）。授权专利5项，其中：发明专利1项。培养博士生3名（1人已获学位）、硕士生12名（7人已获学位），其中：2篇硕士学位论文获评西南交通大学优秀学位论文；5人获得国家奖学金；1人获得“四川省优秀毕业生”称号。参加8次国内外学术会议，3次作特邀报告。