摘 要

随着列车不断的提速,它对周围环境影响也越来越严重,如列车运营噪声、振动和电磁波干扰都使人们身心疲惫, 最为突出的是高速列车运营产生的噪声污染。目前,列车啸叫噪声引起的危害刻不容缓。

本文中调查钢轨减噪虽然添加了摩擦改良剂，预想实验时钢轨与车轮相互接触时噪声应该减弱，或者消除，但是结果却很意外，噪声没有被消除依然存在。为探究噪声存在的原因和使用摩擦改良剂后仍然无效，基于光纤光栅等相关知识设计一种有效可行的的接触力方案，并对其进行校核。

关键字：轮轨实验，车轨摩擦接触力，光纤光栅，测力计，ANSYS work beach

Abstract

With the train speed, it is becoming more and more seriouson the surrounding environment , such as train operating noise, vibration and electromagnetic wave interference make people physically and mentally tired, the most prominent is the noise pollution generated by the operation of the high-speed train. At present, it is very urgent to train the noise harm caused by noise.

The investigation of rail noise reduction while the added friction modifier, the steel rail and wheel in contact with each other when noise should be weakened or eliminated, but the result is very unexpected, noise is not eliminated. In order to explore the reasons for the presence of noise and using friction modifying agent still invalid, a feasible and effective contact force scheme design based on Fiber Bragg grating and other related knowledge and the check.

Key words: wheel test, Rail friction contact force, fiber grating, dynamometer, ANSYS work Beach

目 录

第一章 绪论 1

1.1课题来源 1

1.2研究背景 1

1.3任务要求 2

第二章 传感器光纤布拉格光栅理论分析 3

2.1光纤光栅原理 3

2.2光纤光栅的应变测量 3

2.3光纤光栅分类 4

2.3.1单光纤光栅法 4

2.3.2多光纤光栅法 4

2.4 光纤光栅基本形式选择 5

2.4.1基底材料 5

2.4.2基底胶 6

2.4.3结构及尺寸 6

第三章 测量力的方案设计 7

3.1传统方案的选择 7

3.2位置关系 7

3.3方案一 8

3.3.1方案简述 8

3.3.2方案FEM分析 9

3.4方案二 12

3.4.1方案简述 12

3.4.2方案FEM分析 13

3.5方案三 15

3.5.1方案简述 15

3.6方案确定 17

3.7测量纵向力方案 17

3.7.1转矩测量 17

3.7.2转速转矩仪特点 18

3.7.3操作步骤 18

3.7.4转速转矩测量仪 20

3.7.5备用方案 20

第四章 方案的实验验证 21

4.1光纤布拉格光栅选择 22

4.2粘胶选择 22

4.3光纤光栅的使用和解调仪 22

4.3.1光纤光栅的焊接 22

4.3.2解调仪介绍 23

4.4光纤光栅灵敏度系数标定系数 23

4.4.1光纤光栅应变灵敏度测量方案 24

4.4.2光纤光栅温度灵敏度测量方案 24

4.4.3强度校核和应变系数确定 25

4.4.4测力计 25

4.5法向力校核实验 26

4.5.1实验目的 26

4.5.2实验设备 26

4.5.3实验设想 27

4.5.4实验操作 27

4.5.5注意事项 31

4.5.6数据分析 31

4.6横向力校核实验 32

4.6.1实验设想 33

4.6.2实验操作 33

4.6.3数据处理 34

4.7大轮实验 35

4.7.1实验目的 35

4.7.2实验操作 35

4.7.3数据分析 36

第五章 总结 38

参考文献 39

致 谢 40

第一章 绪论

1.1课题来源

本课题来源于刘老师的研究项目。在刘老师之前的研究中已经证明随着冲角和滚动速度的不断增加，轮轨啸叫噪声的声压级也在不断上升，结合非线性滚动接触理论开发了一个简化的分析振动的时域模型来解释了引起这种增长方式的确切原因^[1]。在转弯时车轮不断的获得能量而产生啸叫噪声。此外，实验室测试也表明，啸叫噪声也会跟着冲角的增加而增加，直到车轮轮边缘接触到铁轨就不再变化^[2]。建立的模型是用来模拟列车车轮与轨道之间在不同滚动速度和不同的冲角。同时实验室还施加了不同的滚动转速和冲角，结果表明, 当滚动速度不断提高横向力和蠕变在增大，同时随着冲角的不断增大横向力和蠕变也提高^[3]。施加摩擦改良剂后横向力和蠕变应该减小，但是结果却反常，刘老师提出了一个猜想^[4]。为了更好的研究力与啸叫噪声等其他因素的相关性，本文主要任务为用光纤布拉格光栅设计一种有效可行的方案对实验台的小轮测量，得到需要的力的大小。本文的主要研究内容如下：

1）阐述了传感器光纤布拉格光栅的原理，比较分析了几种传感器的制备方案，选择了可行性较好一种光纤光栅；

2）研究并针对其中每一种力设计一些测量的方案，对于方案可行性进行比较，以及通过计算进行校核，选择较合理的方案；

3）通过ANSYS work beach软件进行有限元分析，从科学的方面进行验证方案的可行性；

4）通过实验与实践向结合，对于理论进行验证，并且对于分析研究的过程能否有改进的空间；

1.2研究背景

Kurzweil 基于轮轨噪声的产生原理又将其划分为三类：