一种基于复合结构等效声振建模的列车车内噪声预测方法技术

本发明专利技术涉及轨道车辆噪声控制技术领域，涉及一种基于复合结构等效声振建模的列车车内噪声预测方法，包括：车体结构划分为地板复合结构、侧墙复合结构、顶板复合结构等多个结构子系统，车门、车窗和贯通道划分为多个结构子系统，内、外声场划分为多个声腔子系统；用不同的结构子系统和声腔子系统分别对车体复合结构、门窗结构以及内、外声场进行等效模拟；分别计算结构子系统和声腔子系统的模态密度和阻尼损耗因子，以及不同子系统之间的耦合损耗因子；将外部激励作为输入功率，加载至声腔和结构子系统上；建立车内噪声预测模型，获得列车的车内噪声预测结果。本发明专利技术能较佳地进行列车车内噪声预测。车内噪声预测。车内噪声预测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于复合结构等效声振建模的列车车内噪声预测方法


[0001]本专利技术涉及轨道车辆噪声控制
，具体地说，涉及一种基于复合结构等效声振建模的列车车内噪声预测方法。

技术介绍

[0002]轨道列车的车内噪声水平是影响司机和乘客乘坐舒适性的关键因素，也是新造列车的重要考核指标。在列车设计初始阶段，对列车开展车内噪声预测分析，不但可以快速有效的预估车内噪声水平，还可以结合预测结果，找到当前设计的噪声薄弱环节，开展进一步的降噪设计。车体结构的模拟是车内噪声预测的关键影响因素。典型的车体结构主要由铝型材、多孔吸声材料和层状内饰板复合而成，但现有的车内噪声预测时对复合车体结构声振传递考虑还存在一定的不足：(1)部分方法只考虑了声激励传播，没有考虑振动激励传播；(2)其他方法虽然考虑了声振传播，但需要通过试验测试或者复杂的实际结构建模分析，才能考虑复合车体结构的声振性能对车内噪声的影响。

技术实现思路

[0003]本专利技术的内容是提供一种基于复合结构等效声振建模的列车车内噪声预测方法，其不仅在复合车体结构模拟时可以详细考虑铝型材、多孔吸声材料和层状内饰板的声振传递，而且不需要试验测试或者复杂的实际结构建模分析，相比于现有方法，可大幅节约试验成本，提升计算效率，更加便于在列车设计初始阶段开展低噪声设计。
[0004]根据本专利技术的一种基于复合结构等效声振建模的列车车内噪声预测方法，其特征在于：包括以下步骤：
[0005]S1、根据轨道列车的三维模型和几何尺寸，结合车体结构分布特性及材料属性，将车体结构划分为多个结构子系统，包括地板、侧墙、顶板、车门、车窗和贯通道；
[0006]S2、根据轨道列车不同区域的外部激励特性和车内噪声评价点，划分内、外声腔子系统；
[0007]S3、在地板、侧墙和顶板车体结构子系统模拟时，考虑铝型材、多孔吸声材料和层状内饰板的影响，具体步骤如下：
[0008]S3.1、根据地板、侧墙和顶板铝型材的材料及结构参数属性，通过静力学分析计算出等效弹性模量E
x
、E
y
，等效剪切模量G
xy
、G
xz
、G
yz
，等效泊松比ν
x
和等效密度ρ
eq
，即可将铝型材等效为具有上述7个参数的正交各向异性材料；对地板、侧墙和顶板车体结构子系统分别赋予计算得到的正交各向异性材料和结构厚度属性，模拟地板、侧墙和顶板铝型材结构；
[0009]S3.2、根据多孔吸声材料的材料及厚度参数属性，将多孔吸声材料的声学性能用孔隙率、流阻率、弯曲率、粘性特征长度、热特征长度、厚度和密度7个参数模拟；
[0010]S3.3、根据内饰板的材料及结构参数属性，将内饰板的每一层材料用各向同性材料模拟，包括弹性模量、泊松比和密度3个参数；
[0011]S3.4、用等效流体层模拟多孔吸声材料的声振传递效应，用等效弹性层模拟内饰
板的声振传递效应，在地板、侧墙和顶板车体结构子系统上定义包括等效流体层和等效弹性层的多层结构，即可完整模拟包含铝型材、多孔吸声材料和层状内饰板的复合车体结构的声振传递；
[0012]S4、在车门、车窗和贯通道结构子系统模拟时，按照列车设计方案，赋予相应的材料属性和结构属性；
[0013]S5、在内、外声腔子系统模拟时，内、外声腔结构的材料属性定义为空气；内声腔根据车内的实际尺寸模拟，外声腔定义为半无限流体结构，模拟列车外部的无限大声场环境；
[0014]S6、根据统计能量分析理论公式计算得到地板、侧墙、顶板、车门、车窗和贯通道结构子系统的模态密度、各个结构子系统之间的耦合损耗因子；根据材料类别定义地板、侧墙、顶板、车门、车窗和贯通道结构子系统的阻尼损耗因子；
[0015]S7、根据统计能量分析理论公式计算得到内、外声腔的模态密度、各个声腔子系统的耦合损耗因子；外声腔的阻尼损耗因子参考扩散场空气层的阻尼损耗因子定义，内声腔的阻尼损耗因子通过测试车内混响时间，再结合式(1)计算得到：
[0016][0017]其中η为内声腔的阻尼损耗因子，T为车内的混响时间，f为计算频率；
[0018]S8、根据统计能量分析理论计算得到外声腔子系统
‑
结构子系统
‑
内声腔子系统的耦合损耗因子；
[0019]S9、将外部激励作为输入功率，根据外部激励分布特性分别加载至声腔和结构子系统；外部激励包括显著声激励和显著振源；显著声激励包括车体表面气动噪声、轮轨滚动噪声、车下设备噪声、受电弓区域噪声、空调机组辐射噪声、空调通风噪声；显著振源包括轮轨力经由转向架悬挂系统传递至车体的力激励、经由受电弓基座传递至车体的力激励；
[0020]S10、建立车内噪声预测模型，结合输入功率、结构子系统和声腔子系统的模态密度、阻尼损耗因子和耦合损耗因子，建立列车的能量平衡方程并求解，即可得到车内各声腔的能量响应及声压级结果，即获得列车的车内噪声预测结果。
[0021]本专利技术旨在提供一种基于复合结构等效声振建模的列车车内噪声预测方法，解决现有列车车内噪声预测方法只能通过试验测试或者复杂的实际结构建模分析考虑车体复合结构声振传递的问题。本专利技术提出的方法不仅在复合车体结构模拟时可以详细考虑铝型材、多孔吸声材料和层状内饰板的声振传递，而且不需要试验测试或者复杂的实际结构建模分析，能直接获得复合车体结构中的铝型材、多孔吸声材料和内饰板结构或材料变化对列车车内噪声的影响。相比于现有方法，可大幅节约试验成本，提升计算效率，更加便于在列车设计初始阶段开展低噪声设计。
附图说明
[0022]图1为实施例中一种基于复合结构等效声振建模的列车车内噪声预测方法的流程图；
[0023]图2为实施例中车内噪声预测模型的示意图；
[0024]图3为实施例中仿真预测与试验测试结果对比图。
具体实施方式
[0025]为进一步了解本专利技术的内容，结合附图和实施例对本专利技术作详细描述。应当理解的是，实施例仅仅是对本专利技术进行解释而并非限定。
[0026]实施例
[0027]如图1所示，本实施例提供了一种基于复合结构等效声振建模的列车车内噪声预测方法，其包括以下步骤：
[0028]S1根据轨道列车的三维模型和几何尺寸，结合车体结构分布特性及材料属性，将车体结构划分为按照地板、侧墙、顶板、车门、车窗和贯通道结构子系统。
[0029]S2根据轨道列车不同区域的外部激励特性、车内噪声评价点等具体要求，划分内外声腔子系统。
[0030]S3在地板、侧墙和顶板车体结构子系统模拟时，详细考虑铝型材、多孔吸声材料和层状内饰板的影响，具体步骤如下：
[0031]S3.1根据地板、侧墙和顶板铝型材的材料及结构参数属性，通过静力学分析计算出等效弹性模量E
x
、E
y
，等效剪切模量G
xy
、G
xz...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于复合结构等效声振建模的列车车内噪声预测方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、根据轨道列车的三维模型和几何尺寸，结合车体结构分布特性及材料属性，将车体结构划分为多个结构子系统，包括地板、侧墙、顶板、车门、车窗和贯通道；S2、根据轨道列车不同区域的外部激励特性和车内噪声评价点，划分内、外声腔子系统；S3、在地板、侧墙和顶板车体结构子系统模拟时，考虑铝型材、多孔吸声材料和层状内饰板的影响，具体步骤如下：S3.1、根据地板、侧墙和顶板铝型材的材料及结构参数属性，通过静力学分析计算出等效弹性模量E
x
、E
y
，等效剪切模量G
xy
、G
xz
、G
yz
，等效泊松比ν
x
和等效密度ρ
eq
，即可将铝型材等效为具有上述7个参数的正交各向异性材料；对地板、侧墙和顶板车体结构子系统分别赋予计算得到的正交各向异性材料和结构厚度属性，模拟地板、侧墙和顶板铝型材结构；S3.2、根据多孔吸声材料的材料及厚度参数属性，将多孔吸声材料的声学性能用孔隙率、流阻率、弯曲率、粘性特征长度、热特征长度、厚度和密度7个参数模拟；S3.3、根据内饰板的材料及结构参数属性，将内饰板的每一层材料用各向同性材料模拟，包括弹性模量、泊松比和密度3个参数；S3.4、用等效流体层模拟多孔吸声材料的声振传递效应，用等效弹性层模拟内饰板的声振传递效应，在地板、侧墙和顶板车体结构子系统上定义包括等效流体层和等效弹性层的多层结构，即可完整模拟包含铝型材、多孔吸声材料和层状内饰板的复合车体...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚丹，张捷，庞杰，张玉梅，赵悦，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：