本文選題：高速列車 + 車內(nèi)噪聲預測��； 參考：《北京交通大學》2017年博士論文

【摘要】：隨著高速列車運行速度的提高,車內(nèi)噪聲大幅增加,高速列車噪聲控制技術已成為高速列車研發(fā)設計中的一項關鍵技術,是高速列車綜合技術實力的體現(xiàn)。高速列車噪聲控制是一項系統(tǒng)工程,如果在車輛設計之初沒有通過噪聲預測,有針對性的進行降噪設計,等問題暴露以后再進行噪聲治理,將會導致成本高、效果差,影響生產(chǎn)進度和整車性能。因此,噪聲預測與控制技術,對于縮短設計周期,降低成本,保證車輛舒適性具有重要意義。為提高列車聲學性能,滿足車輛研發(fā)需求,本文以350km/h速度級的高速動車組為研究對象,開展高速列車的車內(nèi)噪聲預測與控制技術研究。高速列車整車結(jié)構(gòu)復雜,屬于典型的中頻聲振系統(tǒng)。如果采用有限元和邊界元方法(FE-BEM)進行噪聲預測,高頻部分計算量大,時間長,幾乎不能實現(xiàn),而統(tǒng)計能量分析方法(SEA),只適合模態(tài)密集的高頻段,中低頻段的應用受到限制。為此,本文采用混合有限元統(tǒng)計能量分析(FE-SEA)方法建立高速列車的混合FE-SEA預測模型,將枕梁、牽引梁、邊梁等剛度較大、模態(tài)密度較小的結(jié)構(gòu),劃分為FE子系統(tǒng),將面積較大、模態(tài)密度較大的板件結(jié)構(gòu)劃分為SEA子系統(tǒng),既充分保留了對計算精度有影響的結(jié)構(gòu),又對局部結(jié)構(gòu)做了必要的簡化,從而保證了噪聲預測準確度,又提高了仿真預測速度。高速列車車體為雙層夾筋鋁合金型材,在SEA子系統(tǒng)中無法實體建模。針對這一問題,本文提出了基于動力學和聲學特性的等效方法。該等效方法將車體型材結(jié)構(gòu)簡化為由三層復合結(jié)構(gòu)組成的等效板,等效板的等效原則是保證總體厚度和面密度不變,上、下兩層結(jié)構(gòu)的材料及厚度也不變,對于筋板、蜂窩芯等位于中間夾層的結(jié)構(gòu),將其等效為一種"虛擬材料"。根據(jù)等效先前結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性(模態(tài)、隔聲量等)一致的原則,計算獲得了夾層"虛擬材料"的材料參數(shù),建立了等效板的三層復合板結(jié)構(gòu),并提出了等效板的高頻等效失效頻率估算方法。外部激勵載荷、結(jié)構(gòu)間的阻尼損耗等參數(shù)對預測結(jié)果的準確度有重要影響。本文通過實車線路試驗獲得高速列車車內(nèi)噪聲預測模型的輸入激勵。采用試驗和計算相結(jié)合的方法獲得高速列車車內(nèi)噪聲預測模型的參數(shù)。結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)的模態(tài)密度、耦合損耗因子參數(shù)通過計算獲得。對于結(jié)構(gòu)損耗因子,本文提出采用板-空腔耦合法進行板的結(jié)構(gòu)損耗因子測試,解決了聲輻射阻尼在仿真計算中被重復計算的問題,并采用該方法獲得了車體型材、內(nèi)飾板等復雜結(jié)構(gòu)部件的結(jié)構(gòu)損耗因子參數(shù)。將測試和計算獲得的車外噪聲激勵和參數(shù)輸入到預測模型,進行了高速列車仿真計算,獲得了車內(nèi)噪聲預測結(jié)果,與試驗結(jié)果相比,兩者頻譜曲線基本一致,能夠滿足工程應用需要。本文基于統(tǒng)計能量分析理論,提出了基于功率流的面板貢獻度分析方法,利用噪聲預測結(jié)果,研究了車內(nèi)內(nèi)飾壁板噪聲輻射對車內(nèi)噪聲能量的貢獻。根據(jù)噪聲仿真分析結(jié)果,從工程實際應用的角度出發(fā),進行了車體型材隔聲優(yōu)化和吸聲座椅的工程應用研究。車體型材隔聲性能主要受總厚度、面板厚度、筋板角度、筋板厚度等參數(shù)的影響,通過研究上述參數(shù)與隔聲量之間的關系,提出了車體型材斷面的優(yōu)化方案,通過開模具試驗驗證,在重量增加不大的情況下,隔聲量提高了約3dB。座椅吸聲性能對車內(nèi)聲場有重要影響,通過在實驗室條件下研究座椅蒙面布、座椅下方和靠背附加吸聲結(jié)構(gòu)等對座椅吸聲性能的影響,提出一種吸聲座椅方案,線路測試結(jié)果表明,該方案可降低客室內(nèi)標準點噪聲約1.5dB。本文將混合有限元統(tǒng)計能量分析(FE-SEA)技術應用到高速列車車內(nèi)噪聲仿真預測中,解決了多層復合結(jié)構(gòu)等效、模型參數(shù)獲取等關鍵技術,提高了仿真結(jié)果準確度和計算速度,能夠滿足工程應用需要,對高速動車組研發(fā)設計具有重要應用意義。另外,本文提出的車體型材聲學優(yōu)化、吸聲座椅等降噪結(jié)構(gòu),為車內(nèi)噪聲控制提供了設計方法和解決方案,具有較高的工程應用價值。
[Abstract]:The noise control technology of high speed train has become a key technology in the design of high speed train, and it is the embodiment of the comprehensive technical strength of high speed train. The noise control of high speed train is a systematic project, for example, there is no noise prediction at the beginning of the vehicle design. Aiming at noise reduction design, the noise control will lead to high cost and poor effect, which will affect production progress and vehicle performance. Therefore, noise prediction and control technology is of great significance to shorten the design cycle, reduce cost and ensure vehicle comfort. To improve the acoustic performance of trains and meet vehicle development. Demand, this paper takes the high-speed EMU of 350km/h speed level as the research object, and carries out the research on the noise prediction and control technology of the high speed train. The structure of the high speed train is complex and belongs to the typical medium frequency sound vibration system. If the finite element and boundary element method (FE-BEM) are used to predict the noise, the high frequency part is large, the time is long, almost the time. The method of statistical energy analysis (SEA) is only suitable for modal dense high frequency segments, and the application of middle and low frequency bands is limited. In this paper, a hybrid finite element statistical energy analysis (FE-SEA) method is used to establish a hybrid FE-SEA prediction model for high speed trains, which will make the structure of the stiffness of the pillow beam, the traction beam, the side beam and so on, and the structure of the smaller modal density. It is divided into FE subsystem, which divides the plate structure with larger area and larger modal density into SEA subsystem. It not only fully preserves the structure affecting the calculation accuracy, but also makes the necessary simplification of the local structure, thus ensuring the accuracy of noise prediction and improving the simulation prediction speed. The high-speed train body is a double sandwich aluminum alloy profile. In this paper, an equivalent method based on dynamic and acoustic characteristics is proposed in the SEA subsystem. This equivalent method simplifies the structure of the body section into an equivalent plate consisting of three layers of composite structure. The equivalent principle of the equivalent plate is to ensure that the overall thickness and surface density are unchanged, the upper and lower two layers are the material and the material. The thickness is also constant. For the structure of the interlayer, such as the steel plate and the honeycomb core, it is equivalent to a "virtual material". According to the principle of the uniform dynamic characteristics of the equivalent previous structure (mode, sound insulation, etc.), the material parameters of the sandwich "virtual material" are obtained, the three layer composite plate structure of the equivalent plate is established, and the equivalent plate is put forward. High frequency equivalent failure frequency estimation method. External excitation load and damping loss between structures have an important influence on the accuracy of prediction results. In this paper, the input excitation of the interior noise prediction model of high speed train is obtained through the actual vehicle line test. The method of combining test and calculation is used to obtain the prediction model for the interior noise of the high speed train. The modal density and coupling loss factor parameters of the structure subsystem are obtained by calculation. For structural loss factor, this paper uses plate cavity coupling method to test the structural loss factor of the plate, solves the problem of repeated calculation in the simulation calculation of acoustic radiation damping, and uses this method to get the body profile and interior decoration. The parameters of the loss factor of the complex structural components such as plates. The external noise excitation and parameter input to the prediction model are tested and calculated. The simulation calculation of the high speed train is carried out. The results of the noise prediction in the vehicle are obtained. Compared with the experimental results, the spectral curves of the two are basically the same and can meet the needs of the engineering application. In the theory of energy analysis, a panel contribution analysis method based on power flow is proposed. Using the result of noise prediction, the contribution of the interior trim panel noise radiation to the interior noise energy is studied. According to the results of the noise simulation analysis, the sound insulation optimization and the sound absorption seat engineering should be carried out from the point of view of the practical application of the engineering. The sound insulation performance of the body profile is mainly influenced by the parameters such as the total thickness, the thickness of the panel, the angle of the stiffener and the thickness of the stiffened plate. Through the study of the relationship between the parameters and the sound insulation, the optimization scheme of the section of the body profile is proposed. By opening the die test, the sound insulation is improved by about 3dB. seats under the condition that the weight is not increased. The sound absorption performance has an important influence on the sound field in the vehicle. A sound absorption seat scheme is proposed by studying the influence of the seat masked cloth, the underwater sound absorption structure under the seat and the backrest on the sound absorption performance under the laboratory conditions. The results of the line test show that the scheme can reduce the noise of the standard point in the passenger compartment by about 1.5dB.. The energy analysis (FE-SEA) technology is applied to the simulation and prediction of the interior noise of high speed train, which solves the key technologies such as the equivalent of multi-layer composite structure and the acquisition of model parameters, which improves the accuracy and calculation speed of the simulation results. It can meet the needs of the engineering application and is of great significance to the design and design of the high speed EMU. In addition, this paper puts forward this paper. The acoustic optimization of car body profiles, noise absorbing seats and other noise reduction structures provide a design method and solution for vehicle interior noise control, and have high engineering application value.
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：U270.16

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本文編號：2114772