70%低地板輕軌車車內噪聲分析和降噪優化

雒磊+周勁松+李卓

摘要： 針對城市軌道交通振動噪聲問題突顯、制造平穩低噪的城市軌道列車的需求較大的問題，研究70%低地板輕軌車車內噪聲.建立無內裝70%低地板輕軌車體有限元模型及其聲學計算模型；以車體板件頻率響應的位移振動結果作為聲學激勵，在車內布置ISO標準場點，獲得車內噪聲分析結果.將聲壓峰值處的頻率作為目標頻率，分析該頻率處各低場點的板件貢獻量，并確定目標板件；針對目標板件的振動，制定簡便易行的降噪優化方案；對比降噪前后的車內聲壓值，歸納出一套可行的無內裝70%低地板輕軌車體降噪方法.

關鍵詞： 輕軌車； 70%低地板； 板件； 振動； 噪聲； 優化； 有限元

中圖分類號： U270.2；TB115.1文獻標志碼： B

Abstract： As to the serious vibration noise problems of urban rail traffic， which leads to the great manufacture requirement for the stable and lownoise urban rail train， the interior noise of a 70% lowfloor light rail vehicle is studied. The finite element model and acoustic model of 70% lowfloor light rail vehicle body without interior decoration are built. Taking the vibration displacement of frequency response of vehicle body plate as acoustic excitation，the interior noise is analyzed by arranging ISO standard field points in the vehicle. The frequency at the peak values of sound pressure is taken as the target frequency， the plate contribution at the low field points around the frequency is analyzed， and the target plate is determined. As to the vibration of the target plate， a simple and feasible optimization scheme for noise reduction is developed. According to the comparison of interior sound pressure before and after noise reduction， a feasible noise reduction method is summarized for the 70% lowfloor light rail vehicle body without interior decoration.

Key words： light rail vehicle； 70% lowfloor； plate； vibration； noise； optimization； finite element

0引言

隨著城市軌道交通的飛速發展，軌道車輛本身所暴露的振動噪聲問題日益嚴峻，加之基于精益化生產的初衷，各大軌道車輛廠商開始進行車體輕量化的研究.軌道車輛輕量化趨勢愈演愈烈，輕量化帶來的振動噪聲問題逐漸突顯.[13]因此，研究軌道車輛的振動噪聲問題顯得尤為迫切，其直接關系到列車整車舒適性和軌道車輛市場競爭力.[34]

本文針對無內裝的70%低地板輕軌車的聲固耦合進行研究[5]，根據車體CAD圖紙，建立車體三維實體模型，通過有限元軟件和聲學仿真軟件對其進行噪聲分析，提出簡便易行的降噪措施.

1有限元模型

1.170%低地板輕軌車有限元建模

70%低地板輕軌車車體間的鉸接方式見圖1.在車體的下端梁處安裝有固定鉸作為鉸接車體的下鉸；在車體的上端梁處，安裝有轉動鉸或自由鉸作為鉸接車體的上鉸.用梁單元模擬鉸接，并釋放相應的自由度，使A與B之間有搖頭自由度，B與C之間有點頭自由度.某70%低地板輕軌車車體有限元模型見圖2，A為動車和B為拖車.

4結論

（1）車內某點聲壓在頻域上分布極不均勻，普遍存在幾個較大的峰值，該點的總聲壓級由這幾個聲壓峰值決定.對車內噪聲進行優化時可將聲壓峰值處的頻率作為目標頻率.

（2）在峰值頻率處，相對于不同的參考點，各個板件的貢獻量不同.要對車體進行降噪優化，必須針對降噪的目標板件進行細致的遴選.選取目標板件時應取對各點聲壓正貢獻量較大、對其他峰值頻率處聲壓負貢獻量絕對值較小的板件.

（3）本文對無內裝建模的70%低地板輕軌車進行噪聲源分析和車體降噪優化，提出簡便易行的降噪措施，對比降噪前后的車內聲壓大小，歸納出一套切實可行的降噪方法.

參考文獻：

[1]張曉排. 我國鐵路客車車內降噪技術研究[D]. 大連： 大連鐵道學院， 2002.

[2]夏禾， 吳萱， 于大明. 城市軌道交通系統引起的環境振動問題[J]. 北方交通大學學報， 1999， 23（4）： 17.

[3]KOMPELLA M S. Variation of structuralacoustic characteristics of automotive vehicle[J]. Noise Contr Eng J， 1996， 44（2）： 9399.

[4]NESFKE DJ. Vehicle interior acoustic design using finite element methods[J]. Int J Vehicle Des， 1995， 6（1）： 2440.

[5]劉海波， 左言言， 周晉花， 等. 汽車乘坐室內聲場的研究[J]. 噪聲與振動控制， 2007， 27（2）： 5961.

[6]葉武平， 彭輝， 靳曉雄. 利用有限元方法進行汽車室內噪聲預測的研究[J]. 同濟大學學報： 自然科學版， 2000， 28（3）： 337341.

[7]石晨， 周勁松， 謝曉波. A型地鐵車內噪聲分析和優化[J]. 計算機輔助工程， 2013， 22（3）： 1418.

[8]惠巍， 劉更， 吳立言. 車內噪聲預測與面板聲學貢獻度分析[J]. 噪聲與振動控制， 2006， 26（5）： 6266.

[9]黃捷， 崔宏飛， 殷學文. 城市軌道車輛車內噪聲特性研究[J]. 噪聲與振動控制， 2010， 30（2）： 6265.

摘要： 針對城市軌道交通振動噪聲問題突顯、制造平穩低噪的城市軌道列車的需求較大的問題，研究70%低地板輕軌車車內噪聲.建立無內裝70%低地板輕軌車體有限元模型及其聲學計算模型；以車體板件頻率響應的位移振動結果作為聲學激勵，在車內布置ISO標準場點，獲得車內噪聲分析結果.將聲壓峰值處的頻率作為目標頻率，分析該頻率處各低場點的板件貢獻量，并確定目標板件；針對目標板件的振動，制定簡便易行的降噪優化方案；對比降噪前后的車內聲壓值，歸納出一套可行的無內裝70%低地板輕軌車體降噪方法.

關鍵詞： 輕軌車； 70%低地板； 板件； 振動； 噪聲； 優化； 有限元

中圖分類號： U270.2；TB115.1文獻標志碼： B

Abstract： As to the serious vibration noise problems of urban rail traffic， which leads to the great manufacture requirement for the stable and lownoise urban rail train， the interior noise of a 70% lowfloor light rail vehicle is studied. The finite element model and acoustic model of 70% lowfloor light rail vehicle body without interior decoration are built. Taking the vibration displacement of frequency response of vehicle body plate as acoustic excitation，the interior noise is analyzed by arranging ISO standard field points in the vehicle. The frequency at the peak values of sound pressure is taken as the target frequency， the plate contribution at the low field points around the frequency is analyzed， and the target plate is determined. As to the vibration of the target plate， a simple and feasible optimization scheme for noise reduction is developed. According to the comparison of interior sound pressure before and after noise reduction， a feasible noise reduction method is summarized for the 70% lowfloor light rail vehicle body without interior decoration.

Key words： light rail vehicle； 70% lowfloor； plate； vibration； noise； optimization； finite element

0引言

隨著城市軌道交通的飛速發展，軌道車輛本身所暴露的振動噪聲問題日益嚴峻，加之基于精益化生產的初衷，各大軌道車輛廠商開始進行車體輕量化的研究.軌道車輛輕量化趨勢愈演愈烈，輕量化帶來的振動噪聲問題逐漸突顯.[13]因此，研究軌道車輛的振動噪聲問題顯得尤為迫切，其直接關系到列車整車舒適性和軌道車輛市場競爭力.[34]

本文針對無內裝的70%低地板輕軌車的聲固耦合進行研究[5]，根據車體CAD圖紙，建立車體三維實體模型，通過有限元軟件和聲學仿真軟件對其進行噪聲分析，提出簡便易行的降噪措施.

1有限元模型

1.170%低地板輕軌車有限元建模

70%低地板輕軌車車體間的鉸接方式見圖1.在車體的下端梁處安裝有固定鉸作為鉸接車體的下鉸；在車體的上端梁處，安裝有轉動鉸或自由鉸作為鉸接車體的上鉸.用梁單元模擬鉸接，并釋放相應的自由度，使A與B之間有搖頭自由度，B與C之間有點頭自由度.某70%低地板輕軌車車體有限元模型見圖2，A為動車和B為拖車.

4結論

（1）車內某點聲壓在頻域上分布極不均勻，普遍存在幾個較大的峰值，該點的總聲壓級由這幾個聲壓峰值決定.對車內噪聲進行優化時可將聲壓峰值處的頻率作為目標頻率.

（2）在峰值頻率處，相對于不同的參考點，各個板件的貢獻量不同.要對車體進行降噪優化，必須針對降噪的目標板件進行細致的遴選.選取目標板件時應取對各點聲壓正貢獻量較大、對其他峰值頻率處聲壓負貢獻量絕對值較小的板件.

（3）本文對無內裝建模的70%低地板輕軌車進行噪聲源分析和車體降噪優化，提出簡便易行的降噪措施，對比降噪前后的車內聲壓大小，歸納出一套切實可行的降噪方法.

參考文獻：

[1]張曉排. 我國鐵路客車車內降噪技術研究[D]. 大連： 大連鐵道學院， 2002.

[2]夏禾， 吳萱， 于大明. 城市軌道交通系統引起的環境振動問題[J]. 北方交通大學學報， 1999， 23（4）： 17.

[3]KOMPELLA M S. Variation of structuralacoustic characteristics of automotive vehicle[J]. Noise Contr Eng J， 1996， 44（2）： 9399.

[4]NESFKE DJ. Vehicle interior acoustic design using finite element methods[J]. Int J Vehicle Des， 1995， 6（1）： 2440.

[5]劉海波， 左言言， 周晉花， 等. 汽車乘坐室內聲場的研究[J]. 噪聲與振動控制， 2007， 27（2）： 5961.

[6]葉武平， 彭輝， 靳曉雄. 利用有限元方法進行汽車室內噪聲預測的研究[J]. 同濟大學學報： 自然科學版， 2000， 28（3）： 337341.

[7]石晨， 周勁松， 謝曉波. A型地鐵車內噪聲分析和優化[J]. 計算機輔助工程， 2013， 22（3）： 1418.

[8]惠巍， 劉更， 吳立言. 車內噪聲預測與面板聲學貢獻度分析[J]. 噪聲與振動控制， 2006， 26（5）： 6266.

[9]黃捷， 崔宏飛， 殷學文. 城市軌道車輛車內噪聲特性研究[J]. 噪聲與振動控制， 2010， 30（2）： 6265.

摘要： 針對城市軌道交通振動噪聲問題突顯、制造平穩低噪的城市軌道列車的需求較大的問題，研究70%低地板輕軌車車內噪聲.建立無內裝70%低地板輕軌車體有限元模型及其聲學計算模型；以車體板件頻率響應的位移振動結果作為聲學激勵，在車內布置ISO標準場點，獲得車內噪聲分析結果.將聲壓峰值處的頻率作為目標頻率，分析該頻率處各低場點的板件貢獻量，并確定目標板件；針對目標板件的振動，制定簡便易行的降噪優化方案；對比降噪前后的車內聲壓值，歸納出一套可行的無內裝70%低地板輕軌車體降噪方法.

關鍵詞： 輕軌車； 70%低地板； 板件； 振動； 噪聲； 優化； 有限元

中圖分類號： U270.2；TB115.1文獻標志碼： B

Abstract： As to the serious vibration noise problems of urban rail traffic， which leads to the great manufacture requirement for the stable and lownoise urban rail train， the interior noise of a 70% lowfloor light rail vehicle is studied. The finite element model and acoustic model of 70% lowfloor light rail vehicle body without interior decoration are built. Taking the vibration displacement of frequency response of vehicle body plate as acoustic excitation，the interior noise is analyzed by arranging ISO standard field points in the vehicle. The frequency at the peak values of sound pressure is taken as the target frequency， the plate contribution at the low field points around the frequency is analyzed， and the target plate is determined. As to the vibration of the target plate， a simple and feasible optimization scheme for noise reduction is developed. According to the comparison of interior sound pressure before and after noise reduction， a feasible noise reduction method is summarized for the 70% lowfloor light rail vehicle body without interior decoration.

Key words： light rail vehicle； 70% lowfloor； plate； vibration； noise； optimization； finite element

0引言

隨著城市軌道交通的飛速發展，軌道車輛本身所暴露的振動噪聲問題日益嚴峻，加之基于精益化生產的初衷，各大軌道車輛廠商開始進行車體輕量化的研究.軌道車輛輕量化趨勢愈演愈烈，輕量化帶來的振動噪聲問題逐漸突顯.[13]因此，研究軌道車輛的振動噪聲問題顯得尤為迫切，其直接關系到列車整車舒適性和軌道車輛市場競爭力.[34]

本文針對無內裝的70%低地板輕軌車的聲固耦合進行研究[5]，根據車體CAD圖紙，建立車體三維實體模型，通過有限元軟件和聲學仿真軟件對其進行噪聲分析，提出簡便易行的降噪措施.

1有限元模型

1.170%低地板輕軌車有限元建模

70%低地板輕軌車車體間的鉸接方式見圖1.在車體的下端梁處安裝有固定鉸作為鉸接車體的下鉸；在車體的上端梁處，安裝有轉動鉸或自由鉸作為鉸接車體的上鉸.用梁單元模擬鉸接，并釋放相應的自由度，使A與B之間有搖頭自由度，B與C之間有點頭自由度.某70%低地板輕軌車車體有限元模型見圖2，A為動車和B為拖車.

4結論

（1）車內某點聲壓在頻域上分布極不均勻，普遍存在幾個較大的峰值，該點的總聲壓級由這幾個聲壓峰值決定.對車內噪聲進行優化時可將聲壓峰值處的頻率作為目標頻率.

（2）在峰值頻率處，相對于不同的參考點，各個板件的貢獻量不同.要對車體進行降噪優化，必須針對降噪的目標板件進行細致的遴選.選取目標板件時應取對各點聲壓正貢獻量較大、對其他峰值頻率處聲壓負貢獻量絕對值較小的板件.

（3）本文對無內裝建模的70%低地板輕軌車進行噪聲源分析和車體降噪優化，提出簡便易行的降噪措施，對比降噪前后的車內聲壓大小，歸納出一套切實可行的降噪方法.

參考文獻：

[1]張曉排. 我國鐵路客車車內降噪技術研究[D]. 大連： 大連鐵道學院， 2002.

[2]夏禾， 吳萱， 于大明. 城市軌道交通系統引起的環境振動問題[J]. 北方交通大學學報， 1999， 23（4）： 17.

[3]KOMPELLA M S. Variation of structuralacoustic characteristics of automotive vehicle[J]. Noise Contr Eng J， 1996， 44（2）： 9399.

[4]NESFKE DJ. Vehicle interior acoustic design using finite element methods[J]. Int J Vehicle Des， 1995， 6（1）： 2440.

[5]劉海波， 左言言， 周晉花， 等. 汽車乘坐室內聲場的研究[J]. 噪聲與振動控制， 2007， 27（2）： 5961.

[6]葉武平， 彭輝， 靳曉雄. 利用有限元方法進行汽車室內噪聲預測的研究[J]. 同濟大學學報： 自然科學版， 2000， 28（3）： 337341.

[7]石晨， 周勁松， 謝曉波. A型地鐵車內噪聲分析和優化[J]. 計算機輔助工程， 2013， 22（3）： 1418.

[8]惠巍， 劉更， 吳立言. 車內噪聲預測與面板聲學貢獻度分析[J]. 噪聲與振動控制， 2006， 26（5）： 6266.

[9]黃捷， 崔宏飛， 殷學文. 城市軌道車輛車內噪聲特性研究[J]. 噪聲與振動控制， 2010， 30（2）： 6265.