新型列车侧墙内装板声学分析、优化及应用

新型列车侧墙内装板声学分析、优化及应用

王雪峰

中车唐山机车车辆有限公司 河北省唐山市 064000

摘要：近年来随着我国城市轨道交通的快速发展，高速列车噪声振动问题已然成为了影响乘客乘坐舒适性的主要因素之一，并对高速列车在运输行业内的竞争力产生了负面影响。高速列车普遍使用多层复合结构作为车体。现有车体结构的隔声和声辐射特性研究多集中在波纹铝型材，而对内装结构声学特性的研究却较少。基于此，本文章对新型列车侧墙内装板声学分析、优化及应用进行探讨，以供相关从业人员参考。

关键词：新型列车；侧墙内装板；声学分析；优化；应用

引言

随着中国城市轨道交通技术的不断发展，由于速度、时间、安全等特点，新型列车 交通逐渐成为城市居民每天出行的首选。但是，当新型列车 车辆在隧道内行驶时，难免会有噪音，这可能导致乘客的舒适性恶化。在新型列车 车辆的设计开发过程中，有必要提高车辆的声音性能，以减少乘客内部的噪音。例如，车辆结构的声学特性逐渐成为城市轨道交通商业运行可靠性的关键因素，车辆声学特性的研究也成为铁路运输技术研究的重要内容。

一、概述

随着我国铁路运输业的不断发展，电力和舒适性能取得了很大进步，但受设计指标和传统理论的影响，减少噪音和减少轨道交通领域逐渐出现了障碍。列车内噪声测试分析是以现有新型列车 线路测试为基础，表明列车内噪声在高速运行中中频、低频带具有较高的值，同时，底板区域是乘客内部噪声的主要贡献之一，通过识别乘客内部的声源，板壳广泛应用于工程，是列车舱内的主要结构。通过高速列车各区域振动试验分析不同速度车内噪声特性表明，车底结构振动对车内低频噪声的影响相对较明显，因此有必要通过结构的绝缘和阻尼消除车底结构噪声。降低板振动噪声的典型方法。近年来，对人工循环结构的研究包括声晶体管、声超材料等。声学超级材料是从局部谐振晶体管中提取的，由于其独特的物理特性和许多潜在的应用，特别是在中低频降噪领域的性能，这两种材料受到了高度重视。循环结构最有趣的特点之一是弹带，在弹带中，弹波/声波不能自由传播，这一概念也为减少轨道交通噪音提供了新的思路。

二、车内噪声源及噪声传递路径的分析

（一）车内噪声源

乘客在新型列车 运行过程中感受到的噪音是车辆、轨道和空气等诸多因素相互作用的结果。车辆噪声源具体包含车轮轨道噪声、车辆车身振动辐射噪声、空气动力噪声和辅助设备噪声等。其中轨道噪音是指车轮和轨道因车辆运行过程中的挤压和相互作用而振动时产生的声音；车体振动辐射噪声是车辆设备运行产生的噪声，包括牵引电动机噪声、齿轮箱噪声、制动电阻冷却风扇噪声等。空气动力噪音是高速气流通过汽车车身裂缝相互作用而产生的噪音；辅助设备噪音是指列车运行时安装的空调和电弧炉等设备引起的噪音。

（二）轨道噪声传递路径

由于铁路运输是人们出行的重要手段，出行舒适性越来越受到关注，尤其是随着运行速度的提高，车内噪音问题变得越来越重要。但是，由于高速列车结构复杂，输电线路多种多样，很难应用测试来确定所有的行车路线。例如，轨道噪音通过具有四条能量传输路径的双层结构楼板传输到汽车内部；(1)双层墙传输路径；(2)无共振区内的传输途径；(3)反应途径；(4)结构转移路径。「统计能源分析」(sea)模型可将杂讯从不同路径分离出来，并针对主要贡献路径设计声学设计，以提升生产力。

三、新型列车侧墙内装板声学分析、优化及应用

（一）基于敷设阻尼层的声学优化

优化橡胶泡棉夹芯板的隔声性能与声辐射性能，一般通过增加系统阻尼来进行。在工程实践中，通常优先考虑在橡胶泡棉夹芯板中敷设黏弹性阻尼材料的方法。芯材孔隙率与芯皮厚度比对声学性能影响的探究，并结合工程实用背景，选用效费比最高的厚度为12mm、孔隙率为67%(对应密度为240kg/m3)的橡胶泡棉以及两块2mm厚的铝蒙皮组装成夹芯板。在橡胶泡棉夹芯板中的不同位置尝试敷设1mm厚阻尼层，所调查的阻尼层敷设位置分别位于蒙皮外侧、芯材中心、蒙皮与芯材之间。计算时，选用声学软件VAone中自带的密度为1100kg/m³的硬橡胶(Hardrubber)作为阻尼层材料。

（二）参数灵敏度分析

声学性能优化往往涉及多个参数，优化前需要对周期单元结构的参数进行灵敏度分析，判断参数是否对目标函数有影响，没有影响的参数则可移除，进而提高后续多目标参数优化的计算效率。灵敏度分析需要计算周期单元结构的计权隔声量和总辐射声功率级。当改变钢架结构的上板、筋板和下板的厚度时，钢架的宽度(Dl和Xl)和高度H都会发生改变。由于篇幅原因，其中，质量为1个周期结构的质量。

（三）高速列车侧墙结构的碰撞分析

要验证损伤演化模型对构件级结构的适用性，请选择由高速列车空心拉伸轮廓和圆形方形孔组成的侧墙结构的一部分，创建有限元模型，碰撞场景由左侧和右侧的刚性墙结构和组成材料模型是损伤演化模型，与恒定弹性变形相比，无论故障如何；对于左侧和右侧的刚性墙，网格分割采用20mm的单位大小的完整壳单元；对于侧墙结构，网格分割采用3mm左右的完整壳单元；在厚度方向上定义3个积分点；单元数为1035230；节点数为边界条件的计算方法如下:对侧墙结构应用自动面接触，并在侧墙结构与左侧和右侧刚性墙之间应用自动双面接触。在左侧刚性墙上重10t，并以10m/s的初始速度在固定约束下撞击右侧刚性墙的侧壁结构；计算时间:60毫秒。

（四）横梁支撑单元

横梁支护单元由横梁、水平传动机构、升降传动机构和34组尼龙支护机构组成。横梁支座单元的功能是支持八种类型的侧壁和圆屋顶的轮廓形状。支撑尼龙机构采用t形杆和导向结构，定位后利用t形杆的自锁功能，确保支撑块在受力时不会脱落。在尼龙支撑机构下添加预加载机构，以确保其位置稳定。支座接触面的形状为圆形，适用于侧壁铝型材接触面的任何形状。接触零件是尼龙的，不会影响铝型材的表面精度。水平传动机构会在支撑位置沿横梁长度方向驱动升降机构。提升传动机构用于驱动水平梁支撑尼龙机构上下位置的精确位移和定位。每个特定支撑位置的高度由激光位移传感器检测，从而确保其位置的准确性，从而确保整体形状的轮廓调整。

（五）侧墙板和端墙板的安装

安装侧嵌板和终端嵌板的过程中，使用角部安装侧嵌板和终端嵌板的计划。合成检验车安装装配板的质量主要体现在旋转角安装所有装配板的质量上，即旋转角的间隙调整质量。为使侧面板和角侧面板之间的间距均匀，采用了试装调整方法，即安装终端面板时，应首先根据终端面板的平整度条件测试终端面板。然后，尝试根据窗的位置在侧嵌板和端嵌板之间安装侧嵌板。调整侧面板之间的间隙后，需要检测侧面板和侧面板之间的间隙。测量间隙差(如果不规则或v形偏差)，然后删除侧嵌板、拆除端墙嵌板、根据测量的间隙差在端墙和端墙之间的相应位置添加厚度调整垫片，以更改端墙嵌板和墙嵌板之间的间隙。

结束语

为了减少新型列车 车厢噪声对旅客出行体验的影响，提高旅客出行舒适度，对新的列车司机室、客房噪声状况及噪声影响因素进行了试验研究，首先从线路情况、速度的三个维度入手为了减少噪音对乘客出行舒适性的影响，采取了有针对性的降噪措施，如在噪声源控制和噪声传输途径截获方面定期优化车轮轨道关系，更换防撞紧固件，设置分段速度限制，优化密封性。

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