车辆轮轨诱发的环境振动与噪声控制关键技术及产业化
完成单位:华东交通大学

支撑项目(平台):(1)973项目昌九城际铁路环境振动预测与控制研究2007CB416607 、(2)国家自然科学基金提速列车轮轨噪声产生机理研究50268001 、(3)国家自然科学基金高速列车诱发地面波与轨道强振动研究50568002 、(4)国家自然科学基金基于轮轨高频振动非线性接触模型的轮轨噪声研究50768004 、(5)国际重大招标项目曼谷新机场铁路连接线噪声与振动研究 、(6)教育部科学技术研究重点项

参与单位:江西省教育厅

所属学科:交通运输工程

主要贡献者:雷晓燕,尹学军,徐增堂,刘林芽,丁树奎,任静,冯青松,罗锟,王建立,王晨,黄俊飞,刘庆杰,张鹏飞,陈捷,张斌

成就简介:项目在车辆轮轨诱发环境振动和噪声分析理论、构建适合国情的环境振动与噪声大型评价预测平台、研发减振降噪系统设计开发平台、工艺和标准、环境振动和噪声产品的产业化等四个方面取得了突破,形成一批具有国际水平的技术与装备,项目成果的总体技术水平处于国际领先。

城市轨道交通和高速铁路等基础设施已成为国家重大需求,建设和运营技术已引领国际技术发展潮流。由此引发的环境振动与噪声问题日益严重,国际上已将其视为"七大公害"之一。轮轨振动噪声预测与控制是在城市中心区建设轨道交通的关键技术,直接影响项目建设审批、工程投资及运营期的社会和谐。如何有效预测与控制车辆轮轨引发的环境振动与噪声,国际上尚无成熟和完整的理论,缺乏科学评价方法和先进控制手段,这一系统难题属国际前沿。为保障人民的生活、工作环境,保障城市建筑物的环境安全,促进城市交通快速和可持续发展,由产学研等多家单位组成的课题组历经十五余年,开展轮轨相互作用造成的环境污染机理研究,构建理论模型、算法及设计开发平台,研制具有自主知识产权的技术和装备,实现了从基础研究、工程设计创新、产品研发到工程应用的跨越。主要创新内容如下:

(1)针对轮轨交通引发环境振动与噪声问题的复杂性,创造性构建了车辆-轨道-路基-大地-建筑物耦合大系统动力学模型,提出了系列单元、算法,获得了优化的工程数值解,揭示了随机振动在无限域中的传播机理,刻画了多系统、多因素动态耦合的复杂内在关系,突破了传统简化模型计算效率低、准确性差、难以适应车辆轮轨复杂运营状况的限制。 

(2)针对车辆轮轨运营的复杂状况,通过对车辆轮轨诱发环境振动和噪声激励、传播和形成机理的深入研究,结合海量数据采集和大规模统计分析,提出了适合国情的环境振动和噪声评价预测方法,构建了大型仿真系统,研发了评价预测平台,为设计院和工程单位提供了评价预测的方法与手段。

(3)针对复杂工程环境对产品多样化的需求,提出了虚拟化产品开发技术,研发了减振降噪系统设计开发平台,实现了减振降噪系统技术方案的自动设计和优化比选;提出了关键减振降噪系列产品生产及施工工艺,形成了设计、检测、施工和验收标准。

(4)针对技术产业化的需求,发明和研制了新型侧置式和内置式钢弹簧浮置板、新型迷宫式约束阻尼钢轨和车轮、预紧式桥梁钢弹簧隔振支座、隔声和隔振屏障等减振降噪系列装备,实现了大规模市场化创新应用。

项目成果已产业化,广泛应用于北京、上海、广州等城市轨道交通重点工程中,在节约城市土地,避免征地、拆迁、改线造成巨大经济损失中起到了不可替代的作用,尤其对奥运会、世博会、亚运会等工程发挥了重要的保障作用。项目直接经济效益累计2.87亿元,间接效益64亿元。所开发产品在城市轨道特殊减振地段市场占有率高达95%,部分产品已达到国际领先水平,并实现出口创汇。获得授权发明专利26项、实用新型专利19项,软件著作权7项,主编或参编国家和行业标准5部,出版学术专著5部,发表学术论文120篇,获江西省自然科学一等奖1项,江西省科技进步一等奖1项。通过本项目的实施,形成了一支高水平的产学研联合创新团队,培养了国家、省部级学术带头人、博士、硕士等30余人。

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