高速动车组噪声控制技术研究.pdf
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1、文章编号:1 0 0 2-7 6 0 2(2 0 2 3)0 4-0 0 1 8-0 5高速动车组噪声控制技术研究丁叁叁,赵艳菊,帅仁忠,张海进,赵振飞(中车青岛四方机车车辆股份有限公司,山东 青岛 2 6 6 1 1 1)摘 要:为满足人们对高速列车“高速、舒适”的要求,文章开展了高速列车的噪声控制技术研究,从原理出发,研究了高速列车噪声特征及多噪声源辨识方法,分析了能量传播分布规律,通过测试分析车辆的噪声源特性获取了转向架区、车体表面和受电弓区等车辆的主要噪声源和贡献率。为了降低车外噪声传递到车内的能量,对隔声起主要作用的车体型材进行了声学性能优化。为此,将声学灵敏度分析引入到车体型材优化
2、中,在VA ON E软件平台的声学计算模块建立了材料参数、厚度、角度等多参数化的优化模型,采用D O E优化算法进行了迭代分析,开发了隔声量最大和参数最优的设计方案,最终提出了筋板角度优化方案。在此基础上,针对高速列车受电弓车辆建立了S E A声学模型,通过整车声学仿真计算预测了车内的噪声等级。结果表明,优化后车内客室中部噪声的A计权声压级降低了3 d B,降噪效果较为明显,验证了优化方案的有效性。关键词:高速动车组;噪声源;声学灵敏度;隔声特性;声学仿真中图分类号:U 2 6 6.2 文献标志码:B d o i:1 0.3 9 6 9/j.i s s n.1 0 0 2-7 6 0 2.2
3、0 2 3.0 4.0 0 3收稿日期:2 0 2 2-0 4-0 6第一作者:丁叁叁(1 9 6 7),男,正高级工程师。R e s e a r c h o f N o i s e C o n t r o l T e c h n o l o g y f o r H i g h-s p e e d EMUD I NG S a n s a n,Z HAO Y a n j u,S HUA I R e n z h o n g,Z HANG H a i j i n,Z HAO Z h e n f e i(C R R C Q i n g d a o S i f a n g L o c o m o t i
4、 v e&R o l l i n g S t o c k C o.,L t d.,Q i n g d a o 2 6 6 1 1 1,C h i n a)A b s t r a c t:T o r e n d e r“h i g h-s p e e d a n d c o m f o r t”f o r p e o p l e f o r h i g h-s p e e d t r a i n s,t h i s a r t i c l e h a s a d d r e s s e d t h e r e s e a r c h o f n o i s e c o n t r o l t e
5、 c h n o l o g y f o r h i g h-s p e e d t r a i n s.S t a r t e d w i t h t h e p r i n c i p l e s,t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f n o i s e f r o m h i g h-s p e e d t r a i n s a n d m e t h o d s o f i d e n t i f i c a t i o n o f m u l t i p l e n o i s e s o u r c e s h a v e b e e n
6、 p u t u n d e r r e s e a r c h d u r i n g w h i c h t h e l a w s o f e n e r g y p r o p a g a t i o n a n d d i s t r i b u t i o n h a v e b e e n a n a l y z e d.A l s o t e s t i n g a n d a n a l y s i s o f t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f n o i s e s o u r c e s o n t h e v e h i c
7、 l e s h a v e b e e n p e r f o r m e d t o o b t a i n m a i n n o i s e s o u r c e s i n t h e a r e a s o f b o g i e,s u r f a c e o f c a r b o d y a n d p a n t o g r a p h a s w e l l a s t h e i r r a t i o o f c o n t r i b u t i o n.T h e p r o f i l e s,w h i c h p l a y s a m a j o r r
8、 o l e i n s o u n d i n s u l a t i o n,f o r c a r b o d y h a s b e e n a c o u s t i c a l l y o p t i m i z e d t o r e d u c e a m o u n t o f e n e r g y t r a n s m i t t e d i n t o t h e v e h i c l e b y e x t e r n a l n o i s e.H e n c e,a n a l y s i s o f a c o u s t i c s e n s i t i
9、 v i t y h a s b e e n i n t r o d u c e d i n t o t h e o p t i m i z a t i o n o f p r o f i l e s f o r c a r b o d y.I n t h e a c o u s t i c c a l c u l a t i o n m o d u l e i n t h e VA ON E s o f t w a r e p l a t f o r m,o p t i m i z e d m o d e l h a s b e e n e s t a b l i s h e d f o r
10、 m a t e r i a l p a r a m e t e r s,t h i c k n e s s,a n g l e s a n d e t c.D O E o p t i m i z a t i o n a l g o r i t h m h a s b e e n a d o p t e d f o r i t e r a t i v e a n a l y s i s t o d e v e l o p d e s i g n s c h e m e f o r m a x i m u m s o u n d i n s u l a t i o n l e v e l a n
11、 d o p t i m u m p a r a m e t e r s.I n t h e e n d,t h e s c h e m e f o r o p t i m i z e d a n g l e o f r i b p l a t e s h a s b e e n p u t f o r t h.O n s u c h b a s i s,S E A a c o u s t i c m o d e l h a s b e e n e s t a b l i s h e d f o r t h e p a n t o g r a p h o n t h e h i g h-s p
12、 e e d t r a i n s.A c o u s t i c s i m u l a t i o n a n d c a l c u l a t i o n o f e n t i r e v e h i c l e h a s b e e n p e r f o r m e d t o p r e d i c t t h e l e v e l s o f n o i s e i n s i d e t h e v e h i c l e.T h e r e s u l t s i n d i c a t e A-w e i g h t i n g s o u n d p r e s
13、 s u r e l e v e l a f t e r o p t i m i z a t i o n i n t h e m i d d l e o f t h e p a s s e n g e r c o m p a r t m e n t o f t h e v e h i c l e i s r e d u c e d b y 3 d B.T h e e f f e c t s o f n o i s e r e d u c t i o n a r e q u i t e a p p a r e n t.T h i s v e r i f i e s t h e e f f e c
14、 t i v e n e s s o f s u c h o p t i m i z a t i o n s c h e m e.K e y w o r d s:h i g h-s p e e d E MU;n o i s e s o u r c e;a c o u s t i c s e n s i t i v i t y;s o u n d i n s u l a t i o n p r o p e r t y;a c o u s t i c s i m u l a t i o n81 研究与设计铁道车辆 第6 1卷第4期2 0 2 3年8月 随着高速列车的快速发展以及车辆行驶速度的提升,
15、列车不仅要保证安全高速地运行,而且要更好地为司乘人员创造舒适的乘坐环境。但是随着列车速度的提高,车内噪声大幅增加,这会直接影响车内司乘人员的乘坐舒适性,因此高速列车的噪声控制技术成为车辆设计过程中的关键技术之一。高速列车车辆的噪声源众多,每个噪声源产生机理不同且传递路径复杂,使得噪声频带分布范围宽。目前常用的噪声控制措施主要为粗放型的隔声、吸声、阻尼等被动控制措施,控制效率较低。为了科学合理地进行噪声控制,形成体系化的噪声控制技术,本文将从噪声源特性角度分析考虑,通过声学灵敏度研究,提出车体型材优化方案,并通过仿真计算优化前后的整车噪声性能。1 噪声源特性分析研究高速列车噪声源特性及其随速度增
16、长规律主要是为了更好地了解车外噪声源声场分布和频谱特性,为车内外减振降噪设计提供试验和理论依据,指导减振降噪的方案设计。高速列车运行时产生的噪声主要为轮轨噪声、气动噪声、受电弓噪声和设备噪声1-3。气动噪声又包括车头气动噪声、车体表面气动噪声和车间连接部分气动噪声。准确地掌握高速列车的噪声源分布特性是开展降噪设计的前提。目前,列车车辆最常用的噪声源识别方法是以声阵列技术为基础的波束形成声源识别技术。1.1 波束形成声源识别原理波束形成声源识别技术4-5利用阵列传声器接收声信号,离散声源计算平面形成聚焦网格点,基于特定算法反向聚焦各网格点,使真实声源所在聚焦点的输出量被加强,其他聚焦点的输出量被
17、衰减,从而有效识别声源。图1为波束形成声源识别布局示意图,图中,黑色“”表示阵列传声器;rm(m=1,2,M)为m号传声器坐标向量,M为传声器数量;“”表示声源计算平面聚焦点;r为其坐标向量。波束形成输出量b(r)如式(1)所示:b(r)=vT(r)C v*(r)wT(r)l w*(r)(1)vm(r)=e-j k|r-rm|r-rm|(2)式中:C为阵列传声器接收声信号的全互谱矩阵;l为元素均为1的单位矩阵;上标T和*分别表示向量的转置和共轭;v(r)=vm(r)为r聚焦点位置的转向列向量;w(r)|vm(r)|2;k=2 f/c为波数,f为信号频率,c为声速。图1 波束形成声源识别布局示意
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