论文部分内容阅读
摘要：为了能够针对铁路客车室内噪声进行深入分析和预测，进一步改善列车内部噪声品质，本文主要通过建立相关分析模型，对列车室内噪声的形成机理进行了探讨，通过对铁路列车的客车结构以及声场耦合系统进行了传递响应分析后，最终找出了对列车内部噪声贡献量最大的声源和传递路径，为进一步实现列车噪声解耦和改造提供科学的依据。
关键词：铁路客车;内部噪声;结构一声耦合;控制技术
引言
在实际针对轨道列车的噪声进行控制的时候，通常情况下，都是在客车完成制造后，对列车内部的噪声进行实验测量，针对列车噪声薄弱区域制定降噪处理措施，在实际进行列车降噪改进的时候，必须要经过多次的“声学设计一试验测试一修改设计”等多个环节后，才能达到理想的效果，近几年来，学者在充分利用有限元分析方法对汽车以及船舶工业的噪声问题进行研究的过程中获得了丰硕的研究成果。因此，也可以利用同样的方法针对铁路客车建立起系统仿真模型，找出影响铁路客车的主要噪声源，通过对客车结构进行进一步修改，最终达到理想的降噪效果。
1铁路客车室内噪声预测与控制理论基础
铁路客车内部是一个半自由场半混响场的封闭空问，这样就能形成一个良好的声学系统。而车身本身的结构可以理解为是一个弹性体，车辆运行时，在轨道激励作用下，车身以及车厢的壁板将产生振动，这种振动会导致其周边的空气以及箱体内部的声压出现相应的变化，会使得客车车体结构与内部的空气流动相互之间作用，形成一种声同耦合系统。因此，在对客车白身结构一声场耦合系统进行研究的过程中，还会进一步涉及到声场与客车结构振动之问产生的耦合[1]。
2建立客车室声一固耦合系统模型
铁路客车的车体通常情况下都是由车体底架、地板、侧墙、端墙以及车顶等几个部分组成，车窗与车体之前的圆弧主要是通过橡胶密封胶条来进行连接，车窗下部分是由一个矩形的薄壁筒型结构组成车的主体[2]。根据上述描述就能够建立起相应的铁路客车室声一同耦合有限元模型，并充分利用三维弹性梁单元来表达客车主体中的梁和柱，针对整个车体结构中的板件以及相关的挡风玻璃主要采取的是三维弹性壳单元进行模拟，利用三维流体单元模型来完成对车体内部声场的模拟，对于车体结构相接触的流体主要采用的是接触性单元来进行模拟。
在实际建立模型的过程中要注意必须要实现梁单元与板单元接点的吻合，不然就会导致出现严重的计算误差;必须要对声学单元的尺寸进行严格的控制，最佳的声学单元尺寸为每个波长六个单元，充分结合空气中的声音速度以及噪声实际的频率后，就可以将声波的实际波长以及声学单元最佳的Jt寸进行精确的计算。
3声一固耦合系统模态及相应分析
南于本次分析中选取的铁路客车的车身结构自由模态中的前6阶属于刚性模态，其弹性体同有频率为零。车身结构大部分是通过薄板构成，因此整个车身结构中包含了大量的局部模态，从而使得模态出现了密集的现象，其中以薄板的变形为主，分析客车本身的振动形式可以发现，该铁路客车在实际运行中地板、车顶、车窗在横向上会产生较多的局部振动。
本文的研究中计算出来的车体室内的声学模态主要是刚性壁车身的声学模态。基于刚性边界下，由于客车本身的室内空腔在长度、宽度以及高度等几个方面存在良好的对称性，从而使得客车室内空腔中形成的声场不同阶的模态振型在左右、前后以及上下等几个方向也存在对称的关系。
分析客车实际的振型可以发现，该铁路客车主要是侧墙、车顶以及端部等部位会产生局部的振动，这种情况下的频率与不考虑流体与车身相互作用的模态相比较要小一些，而且这一频率实际上与客车室内空腔流体的第一阶频率比较接近。另外，流一同耦合的声模态与刚性壁车身的声学模态相比较实际在节面位置上产生的变化相对比较接近，而且节面实际数量更少。
对车体的底架以及转向架接触位置的四个支点从纵向、垂向以及横向上施加一定单位的简谐激励力，对频率处在OHz-200Hz范围内的客车结构一声场耦合模型开展了传函响应分析，在此基础上就能获取客车车身面板在振动过程中产生的相关数据，这样就能得出客车室内声场边界元分析过程中的实际边界條件。车身结构在激励力的作用下会导致车顶、底架、侧墙、端墙等会产生局部变形，而车底以及车顶等局部产生的振动响应是最大的。
4车体面板贡献度分析
首先必须要将场点声压以及结构的振动表面之问的对应关系进行进一步明确，计算出传递向量ATV。通过分析可以发现，从纵向中心可以发现，车身的ATV是一种左右对称的关系，车体侧墙的中部区域对参考场点的声学敏感度最大;而针对参考场点侧墙、底架、车顶部的声学敏感度非常小[3]。
在实际进行车身结构修改之前，针对不同的车身板件声学的贡献度进行深入分析，并对壁板振动影响较大的一些因素进行深入的分析，为实现良好的降噪效果起到关键作用。在完成车身结构的改进后，同一种频率的噪声源下，客车室内的声压能够有效降低，并起到了良的降噪效果。
5结束语
本文充分利用有限元以及边界元相结合的分析方法，对某客车模型进行了研究，并对铁路客车的噪声分析提出了一种声一同耦合系统的低频结构噪声预测以及控制的方法，充分利用该方法能够进一步明确铁路客车的室内噪声形成原理，并对车身的面板声学贡献度进行进一步分析，最终明确了铁路客车的噪声源，从而使得铁路客车内部的低频噪声得到了有效的控制。
参考文献：
[1]毛杰.多物理场耦合激励下的高速列车车内全频噪声预测与声品质优化[D].浙江大学，2015.
[2] 王东屏.CFD数值仿真建模技术研究及其在高速动车组中的 验证[D].大连交通大学，2006.
[3] 袁学玲.高速铁路机车乘务员的工作环境及健康状况的研究[D].湖南师范大学，2014.
（作者单位：中车唐山机车车辆有限公司）
关键词：铁路客车;内部噪声;结构一声耦合;控制技术
引言
在实际针对轨道列车的噪声进行控制的时候，通常情况下，都是在客车完成制造后，对列车内部的噪声进行实验测量，针对列车噪声薄弱区域制定降噪处理措施，在实际进行列车降噪改进的时候，必须要经过多次的“声学设计一试验测试一修改设计”等多个环节后，才能达到理想的效果，近几年来，学者在充分利用有限元分析方法对汽车以及船舶工业的噪声问题进行研究的过程中获得了丰硕的研究成果。因此，也可以利用同样的方法针对铁路客车建立起系统仿真模型，找出影响铁路客车的主要噪声源，通过对客车结构进行进一步修改，最终达到理想的降噪效果。
1铁路客车室内噪声预测与控制理论基础
铁路客车内部是一个半自由场半混响场的封闭空问，这样就能形成一个良好的声学系统。而车身本身的结构可以理解为是一个弹性体，车辆运行时，在轨道激励作用下，车身以及车厢的壁板将产生振动，这种振动会导致其周边的空气以及箱体内部的声压出现相应的变化，会使得客车车体结构与内部的空气流动相互之间作用，形成一种声同耦合系统。因此，在对客车白身结构一声场耦合系统进行研究的过程中，还会进一步涉及到声场与客车结构振动之问产生的耦合[1]。
2建立客车室声一固耦合系统模型
铁路客车的车体通常情况下都是由车体底架、地板、侧墙、端墙以及车顶等几个部分组成，车窗与车体之前的圆弧主要是通过橡胶密封胶条来进行连接，车窗下部分是由一个矩形的薄壁筒型结构组成车的主体[2]。根据上述描述就能够建立起相应的铁路客车室声一同耦合有限元模型，并充分利用三维弹性梁单元来表达客车主体中的梁和柱，针对整个车体结构中的板件以及相关的挡风玻璃主要采取的是三维弹性壳单元进行模拟，利用三维流体单元模型来完成对车体内部声场的模拟，对于车体结构相接触的流体主要采用的是接触性单元来进行模拟。
在实际建立模型的过程中要注意必须要实现梁单元与板单元接点的吻合，不然就会导致出现严重的计算误差;必须要对声学单元的尺寸进行严格的控制，最佳的声学单元尺寸为每个波长六个单元，充分结合空气中的声音速度以及噪声实际的频率后，就可以将声波的实际波长以及声学单元最佳的Jt寸进行精确的计算。
3声一固耦合系统模态及相应分析
南于本次分析中选取的铁路客车的车身结构自由模态中的前6阶属于刚性模态，其弹性体同有频率为零。车身结构大部分是通过薄板构成，因此整个车身结构中包含了大量的局部模态，从而使得模态出现了密集的现象，其中以薄板的变形为主，分析客车本身的振动形式可以发现，该铁路客车在实际运行中地板、车顶、车窗在横向上会产生较多的局部振动。
本文的研究中计算出来的车体室内的声学模态主要是刚性壁车身的声学模态。基于刚性边界下，由于客车本身的室内空腔在长度、宽度以及高度等几个方面存在良好的对称性，从而使得客车室内空腔中形成的声场不同阶的模态振型在左右、前后以及上下等几个方向也存在对称的关系。
分析客车实际的振型可以发现，该铁路客车主要是侧墙、车顶以及端部等部位会产生局部的振动，这种情况下的频率与不考虑流体与车身相互作用的模态相比较要小一些，而且这一频率实际上与客车室内空腔流体的第一阶频率比较接近。另外，流一同耦合的声模态与刚性壁车身的声学模态相比较实际在节面位置上产生的变化相对比较接近，而且节面实际数量更少。
对车体的底架以及转向架接触位置的四个支点从纵向、垂向以及横向上施加一定单位的简谐激励力，对频率处在OHz-200Hz范围内的客车结构一声场耦合模型开展了传函响应分析，在此基础上就能获取客车车身面板在振动过程中产生的相关数据，这样就能得出客车室内声场边界元分析过程中的实际边界條件。车身结构在激励力的作用下会导致车顶、底架、侧墙、端墙等会产生局部变形，而车底以及车顶等局部产生的振动响应是最大的。
4车体面板贡献度分析
首先必须要将场点声压以及结构的振动表面之问的对应关系进行进一步明确，计算出传递向量ATV。通过分析可以发现，从纵向中心可以发现，车身的ATV是一种左右对称的关系，车体侧墙的中部区域对参考场点的声学敏感度最大;而针对参考场点侧墙、底架、车顶部的声学敏感度非常小[3]。
在实际进行车身结构修改之前，针对不同的车身板件声学的贡献度进行深入分析，并对壁板振动影响较大的一些因素进行深入的分析，为实现良好的降噪效果起到关键作用。在完成车身结构的改进后，同一种频率的噪声源下，客车室内的声压能够有效降低，并起到了良的降噪效果。
5结束语
本文充分利用有限元以及边界元相结合的分析方法，对某客车模型进行了研究，并对铁路客车的噪声分析提出了一种声一同耦合系统的低频结构噪声预测以及控制的方法，充分利用该方法能够进一步明确铁路客车的室内噪声形成原理，并对车身的面板声学贡献度进行进一步分析，最终明确了铁路客车的噪声源，从而使得铁路客车内部的低频噪声得到了有效的控制。
参考文献：
[1]毛杰.多物理场耦合激励下的高速列车车内全频噪声预测与声品质优化[D].浙江大学，2015.
[2] 王东屏.CFD数值仿真建模技术研究及其在高速动车组中的 验证[D].大连交通大学，2006.
[3] 袁学玲.高速铁路机车乘务员的工作环境及健康状况的研究[D].湖南师范大学，2014.
（作者单位：中车唐山机车车辆有限公司）