鋁合金城市軌道車輛室內(nèi)噪聲預測與控制研究.pdf

1、城市軌道交通車輛車內(nèi)噪聲直接影響旅客乘坐舒適性，也是反映車輛品質(zhì)的重要指標。預測客室內(nèi)部噪聲獲得車內(nèi)噪聲產(chǎn)生機理以及車內(nèi)噪聲聲場特性，可以合理地指導車體結(jié)構(gòu)設計及車內(nèi)聲學空間優(yōu)化，實現(xiàn)車內(nèi)噪聲控制，滿足旅客乘坐舒適性要求。隨著中國城市軌道交通_午輛的國產(chǎn)化程度日益增高，城市軌道交通車輛車內(nèi)噪聲預測與控制，對車輛的設計、制造、運營等多方面具有著重要的實際意義和應用價值。
　　 關(guān)于城市軌道車輛客室噪聲預測與控制方面的研究，目前國內(nèi)

2、尚處于起步階段。隨著軌道車輛輕量化設計的要求，大型中空擠壓鋁合金型材成為城市軌道車輛車體結(jié)構(gòu)材料的主要選擇?？v觀目前國內(nèi)關(guān)于鋁合金型材構(gòu)成車體結(jié)構(gòu)的鋁合金城市軌道車輛車內(nèi)噪聲特性預測分析方面的研究，相關(guān)成果尚無報道。因此借鑒汽車車內(nèi)噪聲特性預測分析手段，以鋁合金A型地鐵車輛為研究對象，利用有限元方法結(jié)合邊界元方法數(shù)值預測了軌道隨機不平順激勵下車內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲特性，并且在城市軌道交通運營企業(yè)現(xiàn)場實測了相同車型車內(nèi)噪聲特性，驗證預測結(jié)果。進一步

3、利用聲傳遞向量法找到并修改對車內(nèi)噪聲貢獻較大的車體結(jié)構(gòu)以實施車內(nèi)噪聲控制。進而采用Zwicker法進行了車內(nèi)噪聲預測結(jié)果的心理聲學響度參數(shù)計算，并比較了車內(nèi)噪聲A計權(quán)聲壓級與響度兩種評價方法的區(qū)別，為獲得更為符合人體心理主觀感受的車內(nèi)噪聲特性提供控制目標。
　　 整個研究比較全面地實現(xiàn)了鋁合金地鐵車輛客室內(nèi)部低頻結(jié)構(gòu)噪聲的預測分析，補充了國內(nèi)現(xiàn)有軌道交通車輛噪聲的研究成果，拓寬了運用有限元結(jié)合邊界元方法預測車輛內(nèi)部噪聲的應用領(lǐng)域

4、。并且將心理聲學響度參數(shù)噪聲分析方法應用于地鐵車輛車內(nèi)噪聲的評價。整個研究具有一定的創(chuàng)新性和前瞻性，必然對降低鋁合金地鐵車內(nèi)噪聲和車體低噪聲設計具有指導作用。
　　 通過仔細提取鋁合金地鐵車輛車體結(jié)構(gòu)特征，構(gòu)建車體結(jié)構(gòu)有限元模型并計算其靜、動態(tài)特性，結(jié)果驗證了建模的準確性。進一步建立車內(nèi)空間聲場模型以及車體結(jié)構(gòu)與車內(nèi)聲場耦合模型，依據(jù)結(jié)構(gòu)、聲學和聲固耦合系統(tǒng)模態(tài)理論，分析了車體結(jié)構(gòu)的模態(tài)頻率和變形、車內(nèi)聲學系統(tǒng)的聲學模態(tài)頻率和聲

5、壓分布，以及聲固耦合系統(tǒng)中車體結(jié)構(gòu)和車內(nèi)聲場的模態(tài)頻率和振型變化，結(jié)果說明了車體結(jié)構(gòu)與車內(nèi)聲場具有較強的相關(guān)性。
　　 建立地鐵車輛-軌道耦合動力學仿真模型，進行了整個地鐵車輛系統(tǒng)動力學分析。車體振動加速度仿真結(jié)果與相同車型地鐵車輛振動加速度現(xiàn)場實測結(jié)果比較發(fā)現(xiàn)，二者吻合較好，驗證了所構(gòu)造的動力學仿真模型的準確性，為準確得到軌道隨機不平順激勵下車體所受動態(tài)載荷仿真計算結(jié)果奠定了基礎。
　　 將車體所受動態(tài)載荷施加于車體結(jié)

6、構(gòu)相應位置，利用有限元諧響應分析方法，計算得到車體結(jié)構(gòu)在軌道隨機不平順激勵下車體結(jié)構(gòu)振動響應。將車體結(jié)構(gòu)振動響應作為邊界條件傳遞給車內(nèi)聲場邊界元模型，仿真預測車體結(jié)構(gòu)振動響應所形成的車內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲特性。結(jié)果表明影響車內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲的因素主要為車體結(jié)構(gòu)特點、激勵載荷情況以及車體壁板的振動響應特性。將車內(nèi)噪聲仿真結(jié)果與相同車型地鐵車輛車內(nèi)噪聲現(xiàn)場實際測量結(jié)果進行比較，發(fā)現(xiàn)二者聲壓分布規(guī)律基本一致，均反映出車內(nèi)噪聲能量主要分布在中低頻范圍，低頻噪聲

7、成分尤為突出。比較結(jié)果也說明噪聲預測結(jié)果具有較高的可信度，整個仿真計算過程切實可靠。在此基礎上利用聲傳遞向量方法進行車體結(jié)構(gòu)壁板的聲學貢獻度分析，找到車體結(jié)構(gòu)振動中對車內(nèi)噪聲貢獻較大的區(qū)域并修改車體結(jié)構(gòu)后，結(jié)果表明車內(nèi)噪聲降低效果明顯。
　　 最后采用Zwicker法編程計算了車內(nèi)噪聲仿真預測結(jié)果的特性響度，比較了A計權(quán)聲壓級與響度兩種評價方法的區(qū)別。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，車體結(jié)構(gòu)修改后，雖然A計權(quán)聲壓級評價表明車內(nèi)聲壓級整體降低明顯，但是

8、響度評價說明噪聲降低主要集中在100 Hz以下，而對人耳更為敏感的150-350 Hz頻段的噪聲衰減相對較弱。因此應該著力降低1-5 Bark臨界頻帶上的噪聲能量，以使車內(nèi)聲場獲得更好的主觀聽覺效果。
　　 研究過程和研究結(jié)果表明運用有限元結(jié)合邊界元方法預測軌道隨機不平順激勵下鋁合金地鐵車輛客室內(nèi)部低頻結(jié)構(gòu)噪聲特性行之有效。聲傳遞向量方法適合指導地鐵車輛車體結(jié)構(gòu)改進以達到降低車內(nèi)噪聲目的。心理聲學參數(shù)評價地鐵車輛客室內(nèi)部噪聲可以