Railway Noise – Can Random Sleeper Spacings Help?
A mathematical model is presented to predict the vibrations of a rail excited by a rolling wheel. The track is modelled as an infinitely long beam (rail) supported over a finite section by discrete support systems. Each support system consists of a spring (pad), mass (sleeper) and another
spring (ballast). Losses in the springs are included. The rail is excited by a vertical point force which represents the wheel. Numerical simulations show that by randomizing the sleeper distances, the propagation of bending waves along the rail is inhibited, but the amplitude near the excitation
point can increase. The benefit of randomisation is examined. Numerical results are given for a typical European railway track configuration. It would be desirable to confirm the theoretical predictions by experimental tests.
Zusammenfassung
Es wird ein mathematisches Modell vorgestellt, mit dem sich die Schwingungen einer Schiene vorhersagen lassen, die von einem rollenden Rad angeregt wird. Das Gleis wird als unendlich langer Balken betrachtet; nur ein endlich langer Abschnitt davon ist auf diskreten Stiitzstellen gelagert. Jede Stützstelle besteht aus einer Feder (Zwischenlage), Masse (Schwelle) und einer weiteren Feder (Schotter). Verluste in den Federn werden berücksichtigt. Die Anregung der Schiene erfolgt durch eine vertikale Punktkraft, die das Rad darstellt. Es wird untersucht, in wieweit Unregelmäßigkeiten in der Schwellenanordnung von Vorteil sind. Numerische Simulationen zeigen, daß durch unregelmäßige Schwellenabstände die Ausbreitung von Biegewellen entlang der Schiene behindert wird, daß sich jedoch die Amplitude in der Nähe des Anregungspunktes erhöhen kann. Ergebnisse für ein typisches europäisches Gleissystem werden gezeigt. Es wäre wünschenswert, diese theoretischen Vorhersagen durch experimentelle Tests zu bestätigen.
Sommaire
Cet article présente un modèle mathématique de prédiction des vibrations d'un rail excité par une roue en mouvement. La voie est modélisée par une poutre (rail) infiniment longue, supportée sur une section finie par des systèmes de supports discrets. Chaque système de support consiste en un resort (coussinet), une masse (traverse) et un autre ressort (ballast). Les pertes dans les ressorts sont incluses. Le rail est excité par une force ponctuelle verticale qui répresente la roue. Les simulations numériques montrent que, par le choix de distances aléatoires entre les traverses, la propagation des ondes de flexion le long du rail est inhibée, mais que l'amplitude près du point d'excitation peut augmenter. L'avantage de l'espacement aléatoire est examiné. Des résultats numériques sont donnés pour une configuration typique de voie ferrée européenne. Il serait souhaitable de confirmer les prédictions théoriques par des tests expérimentaux.
Zusammenfassung
Es wird ein mathematisches Modell vorgestellt, mit dem sich die Schwingungen einer Schiene vorhersagen lassen, die von einem rollenden Rad angeregt wird. Das Gleis wird als unendlich langer Balken betrachtet; nur ein endlich langer Abschnitt davon ist auf diskreten Stiitzstellen gelagert. Jede Stützstelle besteht aus einer Feder (Zwischenlage), Masse (Schwelle) und einer weiteren Feder (Schotter). Verluste in den Federn werden berücksichtigt. Die Anregung der Schiene erfolgt durch eine vertikale Punktkraft, die das Rad darstellt. Es wird untersucht, in wieweit Unregelmäßigkeiten in der Schwellenanordnung von Vorteil sind. Numerische Simulationen zeigen, daß durch unregelmäßige Schwellenabstände die Ausbreitung von Biegewellen entlang der Schiene behindert wird, daß sich jedoch die Amplitude in der Nähe des Anregungspunktes erhöhen kann. Ergebnisse für ein typisches europäisches Gleissystem werden gezeigt. Es wäre wünschenswert, diese theoretischen Vorhersagen durch experimentelle Tests zu bestätigen.
Sommaire
Cet article présente un modèle mathématique de prédiction des vibrations d'un rail excité par une roue en mouvement. La voie est modélisée par une poutre (rail) infiniment longue, supportée sur une section finie par des systèmes de supports discrets. Chaque système de support consiste en un resort (coussinet), une masse (traverse) et un autre ressort (ballast). Les pertes dans les ressorts sont incluses. Le rail est excité par une force ponctuelle verticale qui répresente la roue. Les simulations numériques montrent que, par le choix de distances aléatoires entre les traverses, la propagation des ondes de flexion le long du rail est inhibée, mais que l'amplitude près du point d'excitation peut augmenter. L'avantage de l'espacement aléatoire est examiné. Des résultats numériques sont donnés pour une configuration typique de voie ferrée européenne. Il serait souhaitable de confirmer les prédictions théoriques par des tests expérimentaux.
Document Type: Research Article
Publication date: 01 November 1995
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