高速列車車內(nèi)噪聲預(yù)測與控制技術(shù)研究.pdf

1、隨著高速列車運(yùn)行速度的提高，車內(nèi)噪聲大幅增加，高速列車噪聲控制技術(shù)已成為高速列車研發(fā)設(shè)計中的一項關(guān)鍵技術(shù)，是高速列車綜合技術(shù)實力的體現(xiàn)。高速列車噪聲控制是一項系統(tǒng)工程，如果在車輛設(shè)計之初沒有通過噪聲預(yù)測，有針對性的進(jìn)行降噪設(shè)計，等問題暴露以后再進(jìn)行噪聲治理，將會導(dǎo)致成本高、效果差，影響生產(chǎn)進(jìn)度和整車性能。因此，噪聲預(yù)測與控制技術(shù)，對于縮短設(shè)計周期，降低成本，保證車輛舒適性具有重要意義。為提高列車聲學(xué)性能，滿足車輛研發(fā)需求，本文以350k

2、m/h速度級的高速動車組為研究對象，開展高速列車的車內(nèi)噪聲預(yù)測與控制技術(shù)研究。
　　高速列車整車結(jié)構(gòu)復(fù)雜，屬于典型的中頻聲振系統(tǒng)。如果采用有限元和邊界元方法(FE-BEM)進(jìn)行噪聲預(yù)測，高頻部分計算量大，時間長，幾乎不能實現(xiàn)，而統(tǒng)計能量分析方法(SEA)，只適合模態(tài)密集的高頻段，中低頻段的應(yīng)用受到限制。為此，本文采用混合有限元統(tǒng)計能量分析(FE-SEA)方法建立高速列車的混合FE-SEA預(yù)測模型，將枕梁、牽引梁、邊梁等剛度較大、模

3、態(tài)密度較小的結(jié)構(gòu)，劃分為FE子系統(tǒng)，將面積較大、模態(tài)密度較大的板件結(jié)構(gòu)劃分為SEA子系統(tǒng)，既充分保留了對計算精度有影響的結(jié)構(gòu)，又對局部結(jié)構(gòu)做了必要的簡化，從而保證了噪聲預(yù)測準(zhǔn)確度，又提高了仿真預(yù)測速度。
　　高速列車車體為雙層夾筋鋁合金型材，在SEA子系統(tǒng)中無法實體建模。針對這一問題，本文提出了基于動力學(xué)和聲學(xué)特性的等效方法。該等效方法將車體型材結(jié)構(gòu)簡化為由三層復(fù)合結(jié)構(gòu)組成的等效板，等效板的等效原則是保證總體厚度和面密度不變，上、

4、下兩層結(jié)構(gòu)的材料及厚度也不變，對于筋板、蜂窩芯等位于中間夾層的結(jié)構(gòu)，將其等效為一種“虛擬材料”。根據(jù)等效先前結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性（模態(tài)、隔聲量等）一致的原則，計算獲得了夾層“虛擬材料”的材料參數(shù)，建立了等效板的三層復(fù)合板結(jié)構(gòu)，并提出了等效板的高頻等效失效頻率估算方法。
　　外部激勵載荷、結(jié)構(gòu)間的阻尼損耗等參數(shù)對預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確度有重要影響。本文通過實車線路試驗獲得高速列車車內(nèi)噪聲預(yù)測模型的輸入激勵。采用試驗和計算相結(jié)合的方法獲得高速列車車

5、內(nèi)噪聲預(yù)測模型的參數(shù)。結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)的模態(tài)密度、耦合損耗因子參數(shù)通過計算獲得。對于結(jié)構(gòu)損耗因子，本文提出采用板-空腔耦合法進(jìn)行板的結(jié)構(gòu)損耗因子測試，解決了聲輻射阻尼在仿真計算中被重復(fù)計算的問題，并采用該方法獲得了車體型材、內(nèi)飾板等復(fù)雜結(jié)構(gòu)部件的結(jié)構(gòu)損耗因子參數(shù)。
　　將測試和計算獲得的車外噪聲激勵和參數(shù)輸入到預(yù)測模型，進(jìn)行了高速列車仿真計算，獲得了車內(nèi)噪聲預(yù)測結(jié)果，與試驗結(jié)果相比，兩者頻譜曲線基本一致，能夠滿足工程應(yīng)用需要。本文基于統(tǒng)

6、計能量分析理論，提出了基于功率流的面板貢獻(xiàn)度分析方法，利用噪聲預(yù)測結(jié)果，研究了車內(nèi)內(nèi)飾壁板噪聲輻射對車內(nèi)噪聲能量的貢獻(xiàn)。
　　根據(jù)噪聲仿真分析結(jié)果，從工程實際應(yīng)用的角度出發(fā)，進(jìn)行了車體型材隔聲優(yōu)化和吸聲座椅的工程應(yīng)用研究。車體型材隔聲性能主要受總厚度、面板厚度、筋板角度、筋板厚度等參數(shù)的影響，通過研究上述參數(shù)與隔聲量之間的關(guān)系，提出了車體型材斷面的優(yōu)化方案，通過開模具試驗驗證，在重量增加不大的情況下，隔聲量提高了約3dB。座椅吸聲

7、性能對車內(nèi)聲場有重要影響，通過在實驗室條件下研究座椅蒙面布、座椅下方和靠背附加吸聲結(jié)構(gòu)等對座椅吸聲性能的影響，提出一種吸聲座椅方案，線路測試結(jié)果表明，該方案可降低客室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)噪聲約1.5dB。
　　本文將混合有限元統(tǒng)計能量分析(FE-SEA)技術(shù)應(yīng)用到高速列車車內(nèi)噪聲仿真預(yù)測中，解決了多層復(fù)合結(jié)構(gòu)等效、模型參數(shù)獲取等關(guān)鍵技術(shù)，提高了仿真結(jié)果準(zhǔn)確度和計算速度，能夠滿足工程應(yīng)用需要，對高速動車組研發(fā)設(shè)計具有重要應(yīng)用意義。另外，本文提出