高速列車枕梁區(qū)域隔音降噪研究與測試

摘 要：本文通過對高速列車枕梁區(qū)域中安裝的各種隔音材料進行技術研究和對比分析，檢驗新型復合材料及新結構組合方式加入對動車組車內關鍵區(qū)域的隔聲量影響；對其加入前后的隔聲量進行曲線變化等測試分析，研究新材料及新結構對動車組枕梁區(qū)域的各頻段隔聲量及噪音模擬仿真技術。

關鍵詞：高速列車；枕梁；復合材料；噪音；隔聲仿真

1 前言

高速列車車內噪聲水平是列車乘坐舒適性的重要指標之一，同時也是列車技術研究難點之一。通過噪聲特性的測試結果表明，列車高速行駛時枕梁區(qū)域產生的噪聲為嚴重區(qū)域之一，為此對該區(qū)域進行研究分析有一定地必要性和意義。

2 隔音仿真預測方法

隔聲仿真計算主要利用有限元法（FEM）、統計能量法（SEA）等方法。本文主要采用統計能量法（SEA）中常用的混合求解法（FE-SEA）及其隔聲仿真預測模型作相應淺析。

2.1 統計能量-有限元混合方法

在混合FE-SEA理論中，認為SEA子系統分為直達場和混響場，結構的整體剛度矩陣由FE子系統和SEA子系統直達場的剛度矩陣耦合得到。FE子系統通過此剛度矩陣與SEA子系統在連接初耦合，并受到SEA子系統所施加的作用力，再通過此作用力向SEA子系統的混響場傳遞能量。

2.2 FE-SEA隔聲仿真預測模型

在VA One模擬環(huán)境中建立FE-SEA隔聲預測模型，為10mm鋁板的隔聲預測模型，按照求解頻段范圍（每個波長內最少4個單元）將鋁板劃分有限元殼單元網格，在網格兩側分別建立SEA聲腔，在其中一個聲腔上施加混響聲場（DIF），作為聲源室，而另一個聲腔則作為接收室，最后，將有限元網格與兩個聲腔建立Hybrid面連接，如圖1所示。

3 主要研究技術內容

3.1 鋁型材填充長纖維玻璃棉對隔聲量影響的仿真計算與測試

所用模型仍為在2.2中驗證過的鋁型材FE-SEA（低頻等效）隔聲預測模型，如圖2所示，在中高頻鋁型材模型間夾空腔上設置吸聲系數，以模擬在空腔中添加吸聲材料的情形；由于低頻等效板沒有間夾空腔，無法設置吸聲系數，同時考慮到在鋁型材在低頻段的隔聲主要受質量定律的影響，因此對應于吸聲材料的填充，只需適當增大等效板的面密度即可。

為此，探究在鋁型材空腔內填充吸聲材料對其隔聲特性的影響規(guī)律，分別設置吸聲系數為0、0.01和0.1的3組計算工況，對應吸聲材料的填充質量分別為0kg、1kg和2kg，見表2。將3組工況的頻率隔聲量與計權隔聲量的計算結果分別如圖3和表1所示。

由圖3和表1可見，空氣腔吸聲系數增大，鋁型材在全頻段的隔聲量都會提升，計權隔聲量隨之提升；即在鋁型材間隙空腔中填充吸聲材料，有助于提高其整體隔聲水平，且吸聲材料的吸聲性能越好，鋁型材的隔聲量提升也越多。

3.2 消音涂瓷與阻尼漿復合結構對阻尼比貢獻值的測試

采用脈沖振動測量法，試驗中確保同意的加速度力錘與加速度傳感器，保證數據的可比性。測量范圍0～2000Hz，采樣頻率為2.56×2000Hz，采樣點數4196點，頻率分辨率為1.25Hz。

3.3 整體隔聲量預估

由于多層復合結構的復雜性與不確定性因素過多，整體結構的噪聲仿真模擬非常難以實現并且準確率無法保證，現階段只從各層介質材料特性對整體結構的影響進行推論。

（1）進行型材填充，對型材的填充可在400Hz以上頻段最大單體降噪6dB，預計會對整體地板結構隔聲量貢獻1.0～1.5dB；

（2）采用新材料消音涂瓷，抑制1000Hz以下低頻振動噪聲，預計會對整體地板結構隔聲量貢獻0.5～1.0dB；

綜合所有材料的貢獻值，預計整體隔聲量增加1.5～2.5dB。

4 結論

通過對復合新材料以及組合結構進行聲學仿真計算與測試，對各層材料介質的聲學性能有了進一步的解，并根據其特性對整體結構的隔聲量提升進行了預估，證明了預研究技術方案中的聲學結構在改善噪聲的同時，也為高速列車整車或其他關鍵區(qū)域的隔音降噪技術研究提供了參考和研究方法。

參考文獻

[1]EADE P W，HARDY A E J.Railway vehicle internal noise [J].Journal of Sound and Vibration，1997，51（3）：403-415.

[2]全國聲學標準化委員會.GB/T 19889-2005 建筑和建筑構件隔聲測量第3部分：建筑構件空氣聲隔聲的實驗室測量[S].北京：中國標準出版社，2007.

[3]中華人民共和國建設部.GB/T 50121-2005 建筑隔聲評價標準[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

（作者單位：1.中車唐山機車車輛有限公司；2.長春富通科貿有限公司）