Loading…
Gleisseitige Schallemission - Experimentelle Quantifizierung und Bewertung konstruktiver Maßnahmen
Gramowski, Christoph
Diese Arbeit untersucht die Methoden zur Quantifizierung der gleisseitigen Schallemission. Dazu wird die Strukturdynamik im akustisch relevanten Frequenzbereich analysiert so dass aus Messergebnissen verschiedener Gleisbauarten Konstruktionsempfehlungen resultieren. Vorangestellt ist eine zusammenfassende Einführung in die Gleisdynamik und eine Übersicht der aktuellen konstruktiven Minderungsmaßnahmen. Der gleisseitige Einfluss auf das Rollgeräusch wird stark durch die Strukturdynamik bestimmt, die durch die Track Decay-Rate (TDR) beschrieben wird. Das aktuelle TDR-Messverfahren ist in EN 15461 definiert, ohne alle praktisch relevanten Details aufzuführen. Im ersten Teil dieser Arbeit werden daher weitere Aspekte (Messaufbau, Signalverarbeitung, Richtungssensitivität der Anregung) ermittelt, analysiert und Empfehlungen zur Umsetzung abgeleitet. Es zeigt sich, dass kleine Veränderungen zu deutlichen Unterschieden im Ergebnis führen. Dies ist besonders bei Vergleichen mit gesetzlichen Grenzwerten wichtig. Das wesentliche Qualitätskriterium der TDR-Ergebnisse ist die räumliche Verteilung der Übertragungsfunktions-Beträge der 29 Anregungspositionen. In diesen frequenzspezifischen Diagrammen zeigen sich teilweise unplausible Differenzen zu dem erwarten Abklingverhalten. Um dies zu verbessern, werden im zweiten Teil drei alternative Analysemethoden, basierend auf der Linearen Regression, erstellt. Bei der physikalisch begründeten Methode wird eine Parametervariation durchgeführt. Anschließend werden die Ergebnisse anhand von gleisseitigen Luftschall-Transferfunktionen bei 14 Messstellen bewertet. Eine Variante führt zu ähnlich hohen Übereinstimmungen wie die Ergebnisse nach EN 15461, ist jedoch deutlich anfälliger für Abweichungen vom theoretischen Abklingverhalten. Daher können diese alternativen Methoden für die praktische Anwendung nicht empfohlen werden. Im dritten Teil dieser Arbeit wird die bisherige Methode nach EN 15461 genutzt, um die TDR von insgesamt 36 unterschiedlichen Messungen zu erstellen. Diese umfassen Schotteroberbau mit unterschiedlichen Schienenprofilen, Stützpunkten, Zwischenlagen, Schwellen, Schwellenabständen, Schotterbettverschäumung, Unterschottermatte, Schienendämpfern; ebenso Feste Fahrbahn, Gleise in Bogenlage und gleiche Oberbauformen bei unterschiedlichen Temperaturen. Die Ergebnisse werden anhand der spektralen Lage von charakteristischen Frequenzen mit analytischen Gleismodellen verglichen. Der Einfluss konstruktiven Unterschiede auf die akustisch relevante Strukturdynamik ist meistens deutlich zu sehen. Aus diesen Analysen resultieren Empfehlungen für die Auslegung einzelner Bauteile des Gleises. Dabei wird auch der Einfluss unterschiedlicher Betriebsarten (Fahrgeschwindigkeit, Güter- / Personenverkehr) berücksichtigt. Es wird aufgezeigt, dass die Messung und Analyse der TDR unter praktischen Umständen genutzt und mit dem Ergebnis die akustische Gleisqualität ermittelt werden kann.
This thesis concerns about the trackside noise emission by analysing the structure dynamic in the acoustic frequency range of interest and deducing constructive recommendations from measurement results. The main study is preceded by a short introduction in track dynamics and a summary of common used constructive noise reducing measures. The trackside influence on the rolling noise is strongly determined by the structure dynamic which is described by the Track Decay Rate (TDR). The current TDR measurement procedure is defined in EN 15461, but not all practical relevant details are described. Therefore, in the first part of this thesis, further aspects (measurement set up, signal conditioning, sensitivity of impact direction) are identified, analysed and recommendations for applications are concluded. It is shown that here small derivations led to significant differences in the result. This is of particular interest when the results are compared with legal limits. The most important quality criteria of a TDR result is the spatial distribution of the frequency response function magnitude from each of the 29 impact points. Sometimes remarkable differences from the expected decaying characteristic occur when these magnitudes are plotted in frequency specific diagrams. To improve this, in the second part of this thesis three alternative analysing methods, based on the linear regression, are created. The physically justified one is used for a parameter variation. These results are reviewed by the trackside noise transfer function of 14 measurement sites. One result shows a similar high accordance to the result from the EN 15461 procedure, but is much more sensitive for deviations from the expected decaying characteristic. Therefore these alternative methods cannot be recommended for practical use. In the third part of this thesis the TDR of 36 different measurement sites are computed according the definition in EN 15461. The track construction comprises ballasted tracks with different rail profiles, rail supports, rail pads, sleepers, sleeper distances, foamed ballast, ballast mats, rail dampers; as well as slab track, curved track and ballasted track at different temperatures. These measured results are compared by the spectral position of characteristic frequencies with analytic track models. The influence of constructive differences on the acoustical relevant structure dynamic is often clearly visible. Finally, recommendations for the design of structural elements are given. Here are also operating conditions like train speed or different impacts from freight / passenger vehicles considered. It is shown that the TDR measurement and analysis procedure can be used under practical circumstances and their results allows the investigation of the acoustic track quality.
