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高速列车声学设计

高速列车室内噪声环境是决定乘客舒适度的重要因素之一。高速列车车内噪声源很多,主要的是轮轨噪声和气动噪声。高速列车运行时客室内噪声特性的测试结果表明:客室内低频噪声突出。为改善高速列车的舒适性能,将车内噪声控制在乘客可以接受的范围之内已越来越受到重视。


1. 车内阻尼优化设计

轮轨噪声属于结构噪声,提高构件本身的振动衰减性能的一个重要方法是在构件上贴附粘弹性阻尼层。当阻尼材料与振动构件合成一个整体后,结构受外界激励而产生振动时,由于阻尼的作用,系统的一部分振动能量转变为热能,从而抑制系统的振动。当激励力补充的能量与损耗能量相等时,系统达到稳态振动。因此增加阻尼可以有效减小稳态振动的幅度,同时当结构表面振动幅度减小后,其辐射的噪声一般也随之减小,从而实现减振降噪。阻尼结构一般分为自由阻尼处理和约束阻尼处理。约束阻尼处理由于其衰减振动的能力强,而广泛应用于工程实际中。实际阻尼处理时,需要根据阻尼处理方式和结构振动特性开展优化设计,即局部阻尼处理。在局部阻尼处理时,应选择最大应变处,而对于约束阻尼处理,则应选择最大弯矩处进行。‍‍

声学设计

高速动车组阻尼优化设计分析


2. 转向架和受电弓噪声分析

高速列车气动噪声以速度的6次方左右快速增长,且列车行驶速度超过260Km/h 后气动噪声源将取代轮轨噪声成为主要噪声源,这意味着高速动车主要噪声源自于气动噪声。而转向架以及受电弓是产生气动噪声的主要部位。目前主要是针对这两个结构开展气动噪声分析,从而对它们结构进行相应的优化设计。

声学设计


声学设计


3. 列车吸隔声设计

列车内噪声很大一部分是转向架或受电弓产生的气动噪声通过空气-车壁板传递过来的。有效降低这部分噪声贡献的方法首先是提升列车车体的隔声量。由声学理论可知,对于均匀单层构件而言,其隔声量受制于质量定理,即通常情况下,质量或厚度增加一倍,隔声量提高6dB。因此工程实际中,往往采用复合三明治隔声结构,即在两层固体板件中,加入一定厚度的吸声材料。这时需要开展复合隔声设计

车内吸声设计一般是比较简单的,由于车内座椅较多,因此一般车内吸声量是较为足够的。为了进一步提升车内舒适度,车内吸声一般只需要考虑车内空调噪声。空调噪声的频谱范围较宽,因此需要设计相应的宽频吸声材料以满足空调管路的消声要求。而多孔吸声材料高频吸声性能较为良好,但如果要提升其低频吸声性能,就需要增加材料厚度,这一方面提高了成本;同时也会大大增加空调管路的横向尺寸,这在实际应用中也是受限的。而共振吸声结构往往只是在其共振频率处具有较大的吸声性能,其吸声频带较窄,往往也不能满足实际要求。因此需要开展复合吸声材料设计,以满足在较薄的情况下得到较宽的吸声频带。

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