鋁合金城市軌道車(chē)輛室內(nèi)噪聲預(yù)測(cè)與控制研究.pdf

1、城市軌道交通車(chē)輛車(chē)內(nèi)噪聲直接影響旅客乘坐舒適性，也是反映車(chē)輛品質(zhì)的重要指標(biāo)。預(yù)測(cè)客室內(nèi)部噪聲獲得車(chē)內(nèi)噪聲產(chǎn)生機(jī)理以及車(chē)內(nèi)噪聲聲場(chǎng)特性，可以合理地指導(dǎo)車(chē)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及車(chē)內(nèi)聲學(xué)空間優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)車(chē)內(nèi)噪聲控制，滿足旅客乘坐舒適性要求。隨著中國(guó)城市軌道交通_午輛的國(guó)產(chǎn)化程度日益增高，城市軌道交通車(chē)輛車(chē)內(nèi)噪聲預(yù)測(cè)與控制，對(duì)車(chē)輛的設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)營(yíng)等多方面具有著重要的實(shí)際意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　 關(guān)于城市軌道車(chē)輛客室噪聲預(yù)測(cè)與控制方面的研究，目前國(guó)內(nèi)

2、尚處于起步階段。隨著軌道車(chē)輛輕量化設(shè)計(jì)的要求，大型中空擠壓鋁合金型材成為城市軌道車(chē)輛車(chē)體結(jié)構(gòu)材料的主要選擇。縱觀目前國(guó)內(nèi)關(guān)于鋁合金型材構(gòu)成車(chē)體結(jié)構(gòu)的鋁合金城市軌道車(chē)輛車(chē)內(nèi)噪聲特性預(yù)測(cè)分析方面的研究，相關(guān)成果尚無(wú)報(bào)道。因此借鑒汽車(chē)車(chē)內(nèi)噪聲特性預(yù)測(cè)分析手段，以鋁合金A型地鐵車(chē)輛為研究對(duì)象，利用有限元方法結(jié)合邊界元方法數(shù)值預(yù)測(cè)了軌道隨機(jī)不平順激勵(lì)下車(chē)內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲特性，并且在城市軌道交通運(yùn)營(yíng)企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)了相同車(chē)型車(chē)內(nèi)噪聲特性，驗(yàn)證預(yù)測(cè)結(jié)果。進(jìn)一步

3、利用聲傳遞向量法找到并修改對(duì)車(chē)內(nèi)噪聲貢獻(xiàn)較大的車(chē)體結(jié)構(gòu)以實(shí)施車(chē)內(nèi)噪聲控制。進(jìn)而采用Zwicker法進(jìn)行了車(chē)內(nèi)噪聲預(yù)測(cè)結(jié)果的心理聲學(xué)響度參數(shù)計(jì)算，并比較了車(chē)內(nèi)噪聲A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)與響度兩種評(píng)價(jià)方法的區(qū)別，為獲得更為符合人體心理主觀感受的車(chē)內(nèi)噪聲特性提供控制目標(biāo)。
　　 整個(gè)研究比較全面地實(shí)現(xiàn)了鋁合金地鐵車(chē)輛客室內(nèi)部低頻結(jié)構(gòu)噪聲的預(yù)測(cè)分析，補(bǔ)充了國(guó)內(nèi)現(xiàn)有軌道交通車(chē)輛噪聲的研究成果，拓寬了運(yùn)用有限元結(jié)合邊界元方法預(yù)測(cè)車(chē)輛內(nèi)部噪聲的應(yīng)用領(lǐng)域

4、。并且將心理聲學(xué)響度參數(shù)噪聲分析方法應(yīng)用于地鐵車(chē)輛車(chē)內(nèi)噪聲的評(píng)價(jià)。整個(gè)研究具有一定的創(chuàng)新性和前瞻性，必然對(duì)降低鋁合金地鐵車(chē)內(nèi)噪聲和車(chē)體低噪聲設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)作用。
　　 通過(guò)仔細(xì)提取鋁合金地鐵車(chē)輛車(chē)體結(jié)構(gòu)特征，構(gòu)建車(chē)體結(jié)構(gòu)有限元模型并計(jì)算其靜、動(dòng)態(tài)特性，結(jié)果驗(yàn)證了建模的準(zhǔn)確性。進(jìn)一步建立車(chē)內(nèi)空間聲場(chǎng)模型以及車(chē)體結(jié)構(gòu)與車(chē)內(nèi)聲場(chǎng)耦合模型，依據(jù)結(jié)構(gòu)、聲學(xué)和聲固耦合系統(tǒng)模態(tài)理論，分析了車(chē)體結(jié)構(gòu)的模態(tài)頻率和變形、車(chē)內(nèi)聲學(xué)系統(tǒng)的聲學(xué)模態(tài)頻率和聲

5、壓分布，以及聲固耦合系統(tǒng)中車(chē)體結(jié)構(gòu)和車(chē)內(nèi)聲場(chǎng)的模態(tài)頻率和振型變化，結(jié)果說(shuō)明了車(chē)體結(jié)構(gòu)與車(chē)內(nèi)聲場(chǎng)具有較強(qiáng)的相關(guān)性。
　　 建立地鐵車(chē)輛-軌道耦合動(dòng)力學(xué)仿真模型，進(jìn)行了整個(gè)地鐵車(chē)輛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析。車(chē)體振動(dòng)加速度仿真結(jié)果與相同車(chē)型地鐵車(chē)輛振動(dòng)加速度現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果比較發(fā)現(xiàn)，二者吻合較好，驗(yàn)證了所構(gòu)造的動(dòng)力學(xué)仿真模型的準(zhǔn)確性，為準(zhǔn)確得到軌道隨機(jī)不平順激勵(lì)下車(chē)體所受動(dòng)態(tài)載荷仿真計(jì)算結(jié)果奠定了基礎(chǔ)。
　　 將車(chē)體所受動(dòng)態(tài)載荷施加于車(chē)體結(jié)

6、構(gòu)相應(yīng)位置，利用有限元諧響應(yīng)分析方法，計(jì)算得到車(chē)體結(jié)構(gòu)在軌道隨機(jī)不平順激勵(lì)下車(chē)體結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)。將車(chē)體結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)作為邊界條件傳遞給車(chē)內(nèi)聲場(chǎng)邊界元模型，仿真預(yù)測(cè)車(chē)體結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)所形成的車(chē)內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲特性。結(jié)果表明影響車(chē)內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲的因素主要為車(chē)體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、激勵(lì)載荷情況以及車(chē)體壁板的振動(dòng)響應(yīng)特性。將車(chē)內(nèi)噪聲仿真結(jié)果與相同車(chē)型地鐵車(chē)輛車(chē)內(nèi)噪聲現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量結(jié)果進(jìn)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(chē)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(shuō)明噪聲預(yù)測(cè)結(jié)果具有較高的可信度，整個(gè)仿真計(jì)算過(guò)程切實(shí)可靠。在此基礎(chǔ)上利用聲傳遞向量方法進(jìn)行車(chē)體結(jié)構(gòu)壁板的聲學(xué)貢獻(xiàn)度分析，找到車(chē)體結(jié)構(gòu)振動(dòng)中對(duì)車(chē)內(nèi)噪聲貢獻(xiàn)較大的區(qū)域并修改車(chē)體結(jié)構(gòu)后，結(jié)果表明車(chē)內(nèi)噪聲降低效果明顯。
　　 最后采用Zwicker法編程計(jì)算了車(chē)內(nèi)噪聲仿真預(yù)測(cè)結(jié)果的特性響度，比較了A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)與響度兩種評(píng)價(jià)方法的區(qū)別。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，車(chē)體結(jié)構(gòu)修改后，雖然A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)評(píng)價(jià)表明車(chē)內(nèi)聲壓級(jí)整體降低明顯，但是

8、響度評(píng)價(jià)說(shuō)明噪聲降低主要集中在100 Hz以下，而對(duì)人耳更為敏感的150-350 Hz頻段的噪聲衰減相對(duì)較弱。因此應(yīng)該著力降低1-5 Bark臨界頻帶上的噪聲能量，以使車(chē)內(nèi)聲場(chǎng)獲得更好的主觀聽(tīng)覺(jué)效果。
　　 研究過(guò)程和研究結(jié)果表明運(yùn)用有限元結(jié)合邊界元方法預(yù)測(cè)軌道隨機(jī)不平順激勵(lì)下鋁合金地鐵車(chē)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(dǎo)地鐵車(chē)輛車(chē)體結(jié)構(gòu)改進(jìn)以達(dá)到降低車(chē)內(nèi)噪聲目的。心理聲學(xué)參數(shù)評(píng)價(jià)地鐵車(chē)輛客室內(nèi)部噪聲可以