基于统计能量分析的高速列车车内气动噪声研究

为研究高速列车车内气动噪声特性,利用统计能量分析方法构建包括422个车体结构子系统及170个车内声腔子系统的高速列车车内气动噪声计算模型。通过理论公式计算各个子系统的模态密度和内损耗因子,以及不同子系统之间的耦合损耗因子,通过大涡模拟方法计算各个车体结构子系统的湍流边界层输入激励,进而计算分析高速列车车内气动噪声。计算结果表明:各个车体结构子系统的脉动压力谱随着频率的增加呈现减小的趋势。随着车速的增加,各个频率下的高速列车车内气动噪声均增大。高速列车车内气动噪声的线性计权声压级具有明显的低频特性,而A计权声压级的显著频带范围较宽。司机室声腔A计权声压级的显著频带范围是100~2 000 Hz,乘客室声腔A计权声压级的显著频带范围是50~2 000 Hz。高速列车车内气动噪声的线性计权声压级和A计权声压级均与车速的对数近似呈线性关系。     

基于声-固耦合模型的车内噪声响度参数的预测与分析研究

针对传统A计权声压级评价指标对噪声低频成分衰减较大,常常出现车内声压级达标,声品质不合格的问题。引入心理声学参数的响度参量,利用虚拟仿真技术分析评价车内声学特性。建立驾驶室声-固耦合有限元模型,结合试验激励数据,进行基于模态的声学响应计算。在Matlab平台上,建立车内声品质客观心理声学参数响度的计算模型,对比预测驾驶室内场点的声压级和响度分布,结合声压级和响度结构板块贡献量分析,研究声压级和响度参量评价驾驶室结构特性的差别并识别驾驶室主要噪声源。以此为基础指导优化驾驶室结构阻尼铺设位置,综合提高车内声学品质。     

高速列车车窗隔声量研究

基于波动法和模态叠加法,建立双板空腔结构隔声量计算模型,通过实测双板空腔混响隔声量验证了模型的合理性。基于计算模型研究了我国某高速列车车窗隔声量特性,并调查了车窗厚度、空腔厚度和空腔阻尼等参数变化下的隔声量特性。在定量评价车窗隔声量随各参数变化时,除了采用计权隔声量,还同时引入了基于基准车窗的修正质量定理,相关结果可为轻量化选材提供参考。轮轨噪声是高速列车的主要声源之一,为评价车窗对其隔声效果,实测了250 km/速度下轮轨区域噪声,提出了基于隔声量理论的等效车内声压级评价指标。结合以上两个评价指标,对车窗参数的隔声量影响进行了综合分析,结果表明:改变车窗厚度比例是提高车窗隔声性能的最有效方法,其次是增加空腔厚度或增加空腔阻尼。相关研究可为高速列车车窗低噪声设计提供依据和车窗选材提供参考。     

地铁车辆不同速度通过曲线段车内噪声研究

地铁列车在正线运行时会在车内产生噪声,而列车通过曲线段时车内噪声则更为显著。针对这一现象,首先对某地铁线路实际运营的B型地铁列车以不同速度通过曲线段时司机室和客室内的噪声进行了现场测试;然后进行了频域分析及A计权后的1/3倍频程频谱分析,得到了司机室和客室噪声频率特性分布;最后对通过曲线段时车内噪声A计权声压级进行了时变参量分析,得到了声压级随车速的分布特性。结果表明,车内的噪声主要由低频的车辆结构噪声和中频的轮轨噪声组成;低频结构噪声频率不随车速的增加而变化,而幅值有所增加;中频轮轨噪声的频率和幅值都随车速的提升有明显的提升;将车辆曲线通过速度降低到55km/h以下可以有效改善通过曲线段时噪声过大的问题。     

钢轨波磨对地铁车内噪声影响的试验研究

钢轨波磨问题在地铁日常运营中日益突出,这不仅会损伤钢轨,也会增大列车通过时的车内噪声,从而严重影响列车的乘坐舒适性。针对这一问题,以某地铁实际运营线路为研究对象,测试了某区段的钢轨波磨以及列车通过时的车内噪声,并对钢轨进行打磨后再次进行钢轨及噪声测试。通过对测试结果进行对比分析发现,该区段钢轨主波长为25mm及40mm的波磨较为严重,导致列车以65km/h通过时车内噪声在440Hz、710Hz附近幅值很大,列车通过钢轨波磨区段时司机室及客室内噪声A计权声压级明显增加,最大增幅可达20dB(A);打磨后钢轨表面波磨得到明显改善,400~800Hz范围内的轮轨噪声显著降低,司机室及客室噪声A计权声压级最大值显著降低,比打磨前分别降低了10.2dB(A)和11.3dB(A)。     

力激励下高速列车受电弓区域组合顶板结构传声特性研究

针对高速列车受电弓区域车内噪声显著,而受电弓顶板区域结构传声特性及对车内噪声贡献研究不足的问题,采用混合FE-SEA法,考虑“受电弓安装基座-车身型材-内饰吊装/车顶空腔-内饰顶板-车内噪声”传声全链路,建立组合顶板结构传声特性分析模型,研究力激励下的受电弓区域车内噪声响应特性及空气/结构传声特性,进而提出了相应的降噪建议。结果表明：力激励下车身型材结构产生振动声辐射,其将通过空气和结构传声路径经由内饰顶板对车内噪声形成声源贡献;车体型材对车内噪声功率输入贡献约为78%,内饰顶板贡献约为15%,车身型材对车内噪声响应起主导作用;通过对型材结构进行振动声辐射优化,并对“安装基座-型材-吊装-内饰顶板”结构路径进行隔振优化,车身型材、吊装结构和内饰顶板的振动响应可降低4～5 dB,车内噪声总值降低2.4 dB(A)。定量分析了受电弓顶板各部件对车内噪声的贡献,研究成果可为高速列车受电弓区域的车内噪声控制提供参考。     

车内噪声预测及平稳舒适性研究

以高速列车为研究对象,分别建立高速列车的车身结构和车室声腔有限元模型,最终得到高速列车声固耦合模型。在ANSYS中计算出车身结构的振动位移响应,并以其作为声学仿真的边界条件。使用Virtual.Lab声学仿真软件对声固耦合模型进行仿真,得到所取观测场点的声压级频谱。为了验证所建立的高速列车声固耦合模型的准确性,在运行的高速列车上测试了车速在240 km/h和260 km/h下观测点处的A计权声压级频谱。经分析得出,车内噪声随着速度的增加而增大,计算得到的声压级频谱与实测结果的变化趋势基本一致。为了了解乘客乘坐高速列车的舒适程度,使用SIMPACK软件对其平稳舒适性进行动力学仿真。得出列车运行时平稳舒适性为优。     

高速列车车内客室端部噪声分布特性与声学模态分析

基于现场测试,对高速列车车内客室端部噪声分布特性进行分析研究。结合车内、车下振动分析和车内空腔声学模态计算,明确车内客室端部噪声分布的形成机理,在此基础上提出高速列车车内客室端部噪声问题的改善建议。研究结果表明,高速列车车内客室端部靠窗位置和过道位置的横向距离为1.2~1.7 m,但靠窗位置的噪声却比过道位置大8 dB(A)左右。车内的噪声和车内、车下的振动加速度在111 Hz附近均存在显著的峰值,这个频率正是列车在250 km/h运行速度下的过枕跨参数激振频率。车内空腔声学模态在111 Hz附近基本上表现为横向两侧大、中间小的状态。车体系统的结构振动和车内声学空腔存在相互耦合的关系,最终导致车内客室端部出现这种特殊的噪声分布。相关研究结果可为研究消除或降低高速列车车内异常噪声的措施提供参考。     

高速列车转向架区域车内噪声控制及优化设计

高速列车的转向架区域上方为车内噪声最显著位置,采用试验分析和仿真预测相结合的方法,根据"声源-路径-响应"的车内噪声机理,研究了转向架区域上方的车内声振特性、转向架区域地板的结构优化以及转向架区域车内噪声预测。研究发现,转向架区域上方车内噪声在500～800Hz频率区段存在显著峰值。其中,500Hz以上主要来自于空气传声路径,200Hz以下主要来自于结构传声路径。车内噪声与地板的隔声量呈负相关,与地板的振动加速度级呈正相关。随着地板的隔声量不断增大或者加速度级不断降低,其对车内噪声的影响呈逐渐变小的趋势。该研究成果可为高速列车车内噪声控制提供参考和依据。     

车门尺寸偏差对车内风噪声影响的试验研究

针对某商用微型车车门制造偏差导致车内风噪声偏大问题,首先对高速行驶中车门偏差的风噪声形成机理进行了分析,然后采用高速行驶关闭发动机滑行方法进行了道路风噪声试验,对时域数据进行快速傅里叶变换,采用A计权总声级及A计权1/3倍频程频谱对车内噪声信号分析。得到了高速行驶车门不同尺寸偏差与车内风噪声的关系。结果表明,道路风噪声试验对于评价风噪声的可行性;通过对车门尺寸偏差的控制能有效地降低车内风噪声,研究结果对车门尺寸公差与密封性设计及制造装配等工程实践有重要意义。     

高速列车受电弓气动噪声特性研究

为研究高速列车受电弓气动噪声特性,利用大涡模拟方法计算高速列车受电弓表面脉动压力,并将其作为远场声场计算输入;利用Lighthill声学比拟理论计算高速列车受电弓远场气动噪声,并研究其声压级特性、频谱特性及速度依赖规律。计算结果表明:高速列车受电弓气动噪声的声压级在纵向方向上变化较大,最大声压级位于受电弓后方横截面上;声压级在距轨面0.5~5.0 m的垂向方向上变化较小,最大差异在0.5 d B以内;声压级在距轨道中心线7.5~30 m的横向方向上发生衰减,且不同车速下声压级衰减12.0~12.3 d B。通过频谱分析发现,受电弓气动噪声的主要能量分布在100~700 Hz,主要频率随车速增加往高频部分移动;受电弓气动噪声的功率谱密度随测点距轨道中心线距离的增加显著减小,但其主要频率基本不发生变化。受电弓气动噪声声压级随着车速的增加而显著增大,且与车速的对数近似成线性关系。     

低温环境下高速列车车内噪声问题及控制方案

对低温环境下(-30℃)的250km/h高速列车车内客室端部噪声进行测试,深入分析了运行环境温度对车内噪声的影响。通过对比夏季、冬季两种季节因素,掌握了不同环境下高速列车的车内振动噪声特性、车下声源特性和声振传递路径,研究了低温环境下的高速列车减振降噪技术,以提高低温环境下高速列车的车内噪声性能。研究结果表明,车内客室端部噪声异常问题是由于受到列车250km/h匀速运行时的过枕垮频率激励,而冬季运行时转向架区域减振性能下降,使得该频率更容易传递至车内所致,并激发车内客室空腔的声学模态。通过从传递路径上进行控制,使用一种金属减振器代替原有地板的支撑结构,优化车体内地板和外地板之间的弹性支撑,能够有效改善低温环境下高速列车车内客室端部异常噪声问题。     

基于减振器设计的高速列车地板降噪特性研究

为解决铁路列车在轻量化、高速化的过程中带来的一系列车辆振动和噪声问题,针对已有车体结构,重点研究了地板减振器参数变化对改善车辆隔声性能的影响。首先,开展车内噪声特性及车内噪声源识别测试,探明车内噪声的显著频段、主要声源源强及分布特性;其次,对比分析地板内部安装减振器前后车辆噪声特性的变化,明确地板减振器的降噪效果;最后,运用基于声学实验室测试的方法对地板减振器各类参数开展研究和优化设计。研究表明:地板结构为车内噪声主要传声结构和声源分布区域;安装地板减振器可以有效提高地板结构的隔声量,从而达到抑制车内噪声的目的;改变地板减振器刚度、邵氏A硬度、阻尼、载重及数量均对地板结构隔声性能有一定影响。本研究可为轨道车辆减振降噪设计提供依据。     

铝合金地铁车内噪声预测与控制技术研究

地铁车体的低噪声设计对降低车内低频噪声具有重要意义.为获得车体的最优结构设计,分别建立了铝合金地铁的车体有限元模型和声固耦合模型.选择车身与转向架的连接点作为激励点,对(20～200)Hz频域内的车内声场进行了仿真预测,得到了声场观测平面的声压分布及声场观测点的声压级频谱.结果表明,在145Hz、195Hz等频率处出现了较大峰值,通过对峰值频率处的声学贡献度分析,找到了贡献度最大的面板区域.最后,根据贡献度分析结果对车顶和地板的局部结构进行了修改,使得145Hz和195Hz处的声压分别下降了9.41dB(A)和8.75dB(A).     

CRH380A型高速列车远场气动噪声计算分析

随着运行速度的提高,高速列车的通过噪声显著增加,由于气动噪声与列车运行速度的4~8次方成正比,气动噪声有可能成为高速列车的主要噪声源。基于Lighthill声类比理论的混合方法,结合完美匹配层边界条件和高阶单元,利用有限元法对CRH380A型高速列车远场气动噪声特性进行了计算分析,得到了列车远场噪声的分布情况、影响区域和传播方向。结果表明:高速列车表面偶极子噪声源由车身向列车四周辐射,随着距车身距离的增加,辐射噪声不断衰减;随着频率的增加,高速列车周围各处噪声均下降,高声压级噪声的区域缩小,声压级分布渐趋于均匀;列车运行速度为300km/h时,标准测点处的噪声时域等效声压级为87.11dB,与实验实测值接近;不同运行速度下,标准测点处的噪声在很宽的频带内存在;随着运行速度的增加,标准测点处噪声声压级在频域和时域内都增加。     

瑞风A60轿车结构路噪的问题改善

瑞风A60轿车样车在匀速行驶过程中存在明显的结构路噪声,本文运用传递路径分析概念对原因进行调查,查找出关键的传递路径,制定改善措施并实施验证,车内声压级降低了2-7d B,车内噪声得到大大改善。     

基于SEA-PSA的地铁车内噪声顶层指标分解方法

地铁列车低噪声设计最基本和关键的第一步是为轨道车辆各主要部件分配声学指标,使其噪声性能满足低噪声设计目标限值,为此,本文提出一种基于SEA-PSA的地铁噪声顶层指标分解方法.首先,以一节地铁列车作为算例,基于统计能量分析(SEA)理论建立车内噪声模型并验证.然后,基于参数灵敏度分析理论,使用向前差分计算不同输入参数的灵敏度,包括通过空气路径传播的声源激励、通过结构路径传播的振源激励以及车体板件隔声,通过灵敏度分析法获得关键参数.得到关键输入参数后为其分配声学指标,制订声规范.结果表明:轮轨噪声和空调通风管道噪声及地板、侧墙、车窗的隔声是地铁列车运行时影响车内噪声的关键参数,为其分配声学指标可降低客室内声压级3 dB,满足限值要求.本文提出的基于SEA-PSA顶层指标分解方法是科学的、合理的,是实现车内低噪声设计的有效方法.     

基于简化模型的头车转向架气动噪声特性研究

由于高速列车气动噪声形成的机理和分析较为复杂,目前的检测系统还不能从列车高速运行状态下噪声测试中做出清楚的分辨,通过计算流体力学方法研究高速列车头车转向架气动噪声特性。建立经过简化的转向架、头车未安装转向架的简化车身和头车安装简化转向架的车身三种计算模型,分析列车运行200 km/h,300 km/h速度下简化转向架周围流场与气动声场特性,进一步分析此速度下简化转向架对头车车外气动噪声的影响。分析结果显示转向架周围有周期性的漩涡生成、脱落现象,气动噪声在其周围的辐射规律呈现偶极子分布。转向架车轴和构架横梁的上、下表面为偶极子声源集中的部位。前轮对在垂直与气流方向的竖直平面上和平行于气流方向的竖直平面上引起的噪声比后轮对大,在平行于气流的水平平面上比后轮对小。两个速度下,转向架气动噪声分布规律大致相同,幅值有差别。转向架使头车车外噪声显著增高,转向架附近噪声增幅尤为明显。行车速度200 km/h时,简化转向架能使头车车外气动噪声幅值增大3~5 d BA,行车速度300 km/h时,增幅为5~8 d BA。     

螺杆压缩机低频噪声性能控制研究

针对螺杆压缩机噪声存在突出的低频成分现象,提出了一种典型的被动降噪方法,该方法利用阻尼减振降噪机理,将阻尼材料贴附在隔声罩外层钢板与内层吸声材料之间,形成隔声层加阻尼层与吸声层的结构,从而提高对低频噪声的控制能力。结果表明,试验机噪声水平在200 Hz中心频率以下各个频段均有5~10 d B(A)左右的改善,且全频段噪声声压级降低4.5d B(A),符合预期要求。     

高速列车受电弓区车内噪声研究与控制

针对高速列车受电弓区噪声相对较高的问题,提出受电弓减振安装方案,并在模拟实车环境下验证了其降噪效果和可靠性。首先,在某高速列车上进行了线路运行条件下受电弓区振动和噪声测试,分析发现结构振动是该区域噪声传播的重要方式,设计了一种独特的锥形椭圆结构减振座,用于受电弓弹性安装;其次,搭建了模拟现车试验台,验证减振座的降噪效果;最后,进行了总计252万次的疲劳试验以验证减振座的可靠性。试验结果表明,该减振座能够有效减小受电弓振动对车体的激励,从而降低该区域的噪声,降噪效果约为4dB(A),其疲劳可靠性能够满足线路运行要求。