(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211198920.X (22)申请日 2022.09.29 (71)申请人 东南大学 地址 210096 江苏省南京市玄武区四牌楼 2 号 (72)发明人 宋晓东　左坤　 (74)专利代理 机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 专利代理师 王美章 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06Q 50/26(2012.01) G06F 119/10(2020.01) (54)发明名称 一种地铁过 江隧道振动噪声特性分析方法 (57)摘要 本发明提供了一种地铁过江隧道振动噪声 特性分析方法， 包括以下步骤： S1， 根据过江隧道 的横纵断面建立结构有限元模型， 包括隧道 ‑土 体有限元模型与轨枕 ‑钢轨‑车轮有限元模型； S2， 获得轮轨粗糙度模型， 具体包 括： S21， 基于频 域分析方法耦合两个有 限元模型得到频域耦合 模型， 计算在单元力作用下钢轨驱动点处的振动 导纳； S22， 基于功率流方法耦合两个有限元模型 得到功率流耦合模型， 计算车轮对轨道产生的轮 轨力和结构响应； S23， 利用S2中获得的振动导 纳、 轮轨力、 结构响应， 结合现场测试的轨道结构 振动响应反推轮轨粗糙度， 获得轮轨粗糙度模 型； 本发明的公开， 通过反推获得轮轨粗糙度频 谱， 获得更准确的振源信息， 提升数值仿真模型 的精度和置信度。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 115510711 A 2022.12.23 CN 115510711 A 1.一种地铁过 江隧道振动噪声特性分析 方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1， 根据过江隧道的横纵断面建立结构有限元模型， 包括隧道 ‑土体有限元模型与轨 枕‑钢轨‑车轮有限元模型； S2， 获得轮轨粗 糙度模型， 具体包括以下子步骤： S21， 基于频域分析方法耦合两个有限元模型得到频域耦合模型， 并计算在单元力作用 下钢轨驱动点处的振动导纳； S22， 基于功率流方法耦合两个有限元模型得到功率流耦合模型， 并计算车轮对轨道产 生的轮轨力和结构响应； S23， 利用所述S2中获得的振动导纳、 轮轨力、 结构响应， 结合现场测试的轨道结构振动 响应反推 轮轨粗糙度， 获得轮轨粗 糙度模型； S3， 根据步骤S2获得的轮轨粗糙度模型计算单个轮对作用下隧道 ‑土体耦合系 统的振 动响应结果， 在此基础上分析得到结构加速度级频谱， 并保存两个有限元模型耦合的分析 结果； S4， 根据步骤S3中的分析结果， 建立声学有限元模型和声场点， 设置声学模型参数， 导 入步骤S3中的隧道 ‑土体耦合系统的振动响应结果作为声学模型 的边界条件， 基于声振耦 合分析计算水 下振动噪声， 获得 水下振动噪声模型； S5， 根据步骤S4中获得水下振动噪声模型， 导出声学模型计算的场点声压， 计算获得1/ 3倍频程声压级， 通过MATLAB绘制声压空间分布云图并分析噪声传播规律， 并结合水下生物 听力阈值曲线， 评估地铁过 江隧道振动噪声的特性以及其对水 下生物的影响； 步骤S5中的评估方法为： 通过IZotope软件进行短时傅里叶变换得到声场点的时频曲线图， 确定地铁通过时间 段的振动噪声 卓越频率范围； 在空间声场范围内不同位置对 隧道水下振动噪声与水下生物听力阈值进行分频段对 比。 2.根据权利要求1所述的一种地铁过江隧道振动噪声特性分析方法， 其特征在于， 步骤 S1中钢轨与轨枕之间的连接采用三向弹簧阻尼单 元模拟； 在截断位置采用边界元 方法模拟。 3.根据权利要求1所述的一种地铁过江隧道振动噪声特性分析方法， 其特征在于， 步骤 S2中， 采用单轮对模型进行车辆 ‑隧道‑土体耦合振动响应分析， 以忽略车辆二系悬挂的影 响。 4.根据权利要求1所述的一种地铁过江隧道振动噪声特性分析方法， 其特征在于， 步骤 S22中， 计算结构响应时， 将一个车轮作为主动轮， 其他车轮作为被动轮， 主动轮位置施加轮 轨相互作用力， 被动轮采用质量单 元通过弹簧与钢轨连接 。 5.根据权利要求1所述的一种地铁过江隧道振动噪声特性分析方法， 其特征在于， 步骤 S23中， 结构现场测试需在隧道上的不同位置 设有至少3个加速度传感器， 包括： 横向加速度 传感器、 竖向加速度传感器和纵向加速度传感器， 将实测的时域响应通过快速傅里叶变换 转换到频域， 并与数值仿真结果在各个频率 点进行对比， 进 而反推获得轮轨粗 糙度频谱。 6.根据权利要求4所述的一种地铁过江隧道振动噪声特性分析方法， 其特征在于， 步骤 S3中， 基于频域耦合模型， 将各个车轮逐一做为主动轮， 采用移动粗糙度模型， 考虑不同轮权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115510711 A 2对位置的影响， 并将不同主动轮工况视为不相干振源进行叠加以获得多轮对作用下的结构 响应。 7.根据权利要求1所述的一种地铁过江隧道振动噪声特性分析方法， 其特征在于， 将步 骤S3中仿真 分析得到的结构加速度级频谱与步骤S2中实测数据的加速度级频谱进行拟合； 若与实测结果在峰值频率附近吻合程度高且总体一致， 则说明频域耦合模型准确地模 拟列车行驶时的振动情况； 若吻合程度差， 则需重新检查有限元模型的有效性。 8.根据权利要求1所述的一种地铁过江隧道振动噪声特性分析方法， 其特征在于， 步骤 S4中， 声学模型中的声固耦合面网格由结构外表面网格直接提取生成以保持一致， 并向结 构外表面法线方向扩展成凸面生成声 学有限元网格， 采用无限元方法来满足声学模型中的 Sommerfeld边界条件。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115510711 A 3