高速列車枕梁區域隔音降噪研究與測試

摘 要：本文通過對高速列車枕梁區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域產生的噪聲為嚴重區域之一，為此對該區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域的隔音降噪技術研究提供了參考和研究方法。

參考文獻

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[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.

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（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）