某城际动车组车内噪声优化分析

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[摘 要]在某城际动车组噪声优化过程中，运用了有限元与统计能量相结合的混合方法，针对车内全频段的噪声建立了客室的混合模型，对噪声优化方案的降噪效果进行了评估分析。

[关键词]际动车组；车内噪声；混合法；噪声控制方案

中图分类号：TG232 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）20-0296-01

1.概述

随着中国快速铁路客运网络建设的飞速发展，城际动车组作为未来快速铁路客运网络的主力车型，以其高效、快速、舒适的特点被越来越多的人们关注。噪声是影响车辆乘坐舒适性的重要因素，在车体的总体设计过程中引入噪声设计对控制噪声级水平，改善车内声品质有着十分积极的意义。

传统的数值计算方法，如有限元法和边界元法在强度和振动计算方面取得很大成功，但在噪声预测方面存在一定的局限性，其结构建模的精度在大约20阶模态后较低，特别是存在螺栓和点焊连接时，精度将进一步下降，而重要的声学频率范围常常超过100阶模态。

高速列车车内噪声的传统数值预测模型受到以下几个方面的限制：

1）在高频分析中，由于短波分辨率要求，需要对结构划分庞大的网格数量，使得计算量巨大；

2）对板件施加有限频带、散布压力场非常困难；

3）对车体（地板、侧墙、顶板等）板材的以及内装结构的建模非常困难；

4）数值仿真周期长，不能满足我国轨道交通车内噪声的设计周期要求。

而统计能量分析技术和传统的有限元或边界元数值方法在结构的全频段振动噪声预测方面可以相互补充。准确的统计能量分析方法依赖于结构的高模态密度（单位频带内的模态数）、高模态重叠度（共振峰值和频带宽的比率）和短波波长。然而，这些恰好是造成传统数值方法不精确和计算量大的因素。

因此，在这次某城际动车组噪声优化设计过程中，提出了全面的车内噪声控制方案，并运用有限元与统计能量相结合的混合方法，建立了客室混合模型，对噪声控制方案的降噪效果进行了评估分析。

2.车体模型

如下图所示，图1为混合模型，模型包括车体及内饰结构，网格密度遵循的基本原则是一个波长范围不应少于4个单元，并根据SEA模型子系统的模态密度和模态数将噪声分析频率划分为低频区、高频区和中频区，建立了不同的仿真分析模型，即中低频区建立有限元模型，高频区建立统计能量模型。

基于SEA板壳子系统，建立车内声腔子系统的SEA模型。根据车内声腔不同区域的噪声响应，车内声腔划分为多个声腔子系统。图2所示为车内声腔子系统的SEA模型，共划分了9个声腔子系统。表1为车内声腔子系统列表。

3.车内噪声优化方案及评估

本文针对不同噪声源，在此提出以下降噪控制方案：

（1）针对受电弓区域，应加强车体及内饰板之间空腔的吸声处理。一般吸声材料的低频吸声性能比较差，为提高吸声材料的低频吸声性能应选用容重为110kg/m3超细玻璃棉，并保持吸声材料与腔体壁板的紧密贴接，以获得较高的中低频吸声性能。

（2）对两侧车体声腔（夹层空腔）进行吸声优化处理，吸声优化选用容重为110kg/m3的吸声材料以获得较高的中低频吸声性能。

（3）对转向架区域车体地板进行隔音减振处理，将车体地板增加一层2mm厚隔声减振垫，铝合金地板喷涂5mm厚阻尼浆，来提高其减振隔声性能。

（4）地板组合区域进行吸音优化处理，吸声优化选用容重为110kg/m3的吸声材料以获得较高的中低频吸声性能。

将所有方案综合实施后达到的降噪效果如图3～图5所示，分别代表此综合方案实施前后200Km/h工况下客室内一位端、中部、二位端乘客耳朵高度区域三个声腔的声压级变化曲线。

对比分析实施综合方案前后的计算结果可知：

在200 Km/h运行工况下：客室一位端噪声降噪总值可达3.6dBA， 客室中部噪声降噪总值可达2.8dBA， 客室二位端噪声降噪总值可达3.3dBA；在200Hz峰值处，降噪量可达2.6～3.5dBA；在315Hz峰值处，降噪量可达2.5～3.6dBA；在630Hz峰值处，降噪量可达5～8.2dBA。

5.结语

在动车组噪声设计的前期，采用混合方法进行仿真计算这种思路是合理的；在本次噪声设计过程中，针对不同噪声源提出了四种噪声优化方案，通过噪声控制方案改进前后的仿真计算对比分析，证明对控制车内噪声起到了良好的效果。

参考文献

[1] 雷晓燕，圣小珍.铁路交通噪声与振动.科学出版社.2004.6.

[2] 姚德源，王其政.统计能量分析原理及其应用.北京理工大学出版社.1995.

[3] 阿久津，.采用统计能量解析法（SEA）预测车内噪声的研究.2008.9，45（5）：14-18.