一种高速列车车内噪声分析预测方法技术

本发明专利技术公开了一种高速列车车内噪声分析预测方法。建立列车整备车体模型、白车身结构统计能量分析模型和内外部声腔统计能量分析模型并进行简化和子系统划分；获得车身结构和内部声腔模型的统计能量分析参数并分别加载到车身结构模型板件子系统和声腔模型子系统上；获得车体所受外部声激励源能量并将其施加到外部声腔统计能量分析模型上，经白车身结构模型中结构板件隔声性能的衰减后到达车内声腔，获得整备车体在车厢二系悬挂力作用下向车内辐射结构噪声能量，然后进行车内噪声分析预测。本发明专利技术克服了列车车内噪声预测困难及现有方法存在频域上限局限性、计算流程繁杂和激励考虑不完整等问题，提高了计算效率和预测精度，降低开发及试验成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及了一种噪声预测方法，尤其是涉及了轨道交通振动与噪声领域的一种高速列车车内噪声分析预测方法，本专利技术可称为统计声学能量流(SAEF—StatisticalAcousticEnergyFlow)方法，基于统计能量分析技术提出，在高速列车开发设计阶段对列车车内噪声进行分析预测。
技术介绍
目前我国的高速列车线路覆盖面积正在逐步扩大，在给人们出行提供便利的同时也带来了噪声问题。高速列车与普通列车的本质区别在于列车运行过程中的动态环境发生了质变，即起主导作用的机械特性改变为气动特性。随着车速增加和乘坐舒适性要求的提高，声学设计已经是高速列车设计阶段必不可少的元素。若沿用传统的降噪方法，即等到实车搭载试验运行后再评价噪声问题再采取各种应对措施，这对于耗资巨大的高速列车而言，后期优化和生产成本会进一步加大。如果在列车设计阶段能够准确预测车内噪声水平，将会为促进高速列车设计和制造的短周期化、低成本化和低噪声化提供参考。对于高速列车车内噪声预测这类大型声学问题，目前由于分析频段的限制而采用结构—声耦合法(FEA-BEA—FiniteElementAnalysis-BoundaryElementAnalysis)、混合有限元分析—统计能量分析法(FEA-SEA)、统计能量分析法(SEA—StatisticalEnergyAnalysis)三种方法，来分别计算车内低频、中频和高频噪声。结合上述三种方法可以较准确地进行列车车内各频段声学预测，但是由于各个方法存在着不足，同时各个方法所需的模型不同，研究效率不高。采用FEA-BEA研究车内低频噪声时，由于整备车体的自由度很大，声学模型的自由度随频率上升而急剧增大，随着分析频域上限提高，求解过程所需的资源和时间迅速增加。采用FEA-SEA和SEA研究车内中高频噪声时，通常将车身结构铝型材等效为平板或曲面子系统时会引起板件隔声量的改变，此外内饰件等效为声学包装或吸声系数时忽略了内饰件与白车身之间的约束，这些都会引起车内噪声预测的误差。另一方面，目前高速列车车内噪声预测研究还没有完整考虑车外激励，研究结果大多是某单个声源的激励结果。在这种研究背景下，针对高速列车这种大型的声学研究对象缺少了一种准确合理的声学预测方法，确保车外激励的准确度，在保证预测精度的基础上，减少建模工作量并拓宽分析频段，即用尽可能少的分析模型预测车内全频段的声学响应，为高速列车设计阶段车内噪声控制提供依据。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有三种高速列车车内噪声预测方法中存在的分析频域上限局限性、计算周期长、计算量大、计算流程繁杂、计算精度不高等问题，提供了一种高速列车车内噪声分析预测方法，以拓宽车内噪声分析频段，提高计算效率和预测精度，为列车车内噪声控制提供依据，能够缩短高速列车声学设计周期，降低开发试验成本，使列车车内噪声满足设计及标准规定的要求。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下步骤的技术方案实现的，如图1所示：1)建立高速列车的整备车体模型和白车身结构统计能量分析模型，整备车体模型由白车身有限元模型与列车内饰系统有限元模型和牵引传动系统有限元模型相互耦合获得；2)对白车身结构统计能量分析模型进行简化，获得白车身结构简化统计能量分析模型并划分子系统，将车内空间和车外空间分别建立内部声腔统计能量分析模型和外部声腔统计能量分析模型，并进行子系统划分；3)获得车身各板件结构的隔声性能参数，并将其直接加载到白车身结构简化统计能量分析模型中的车体板件上，获取内部声腔统计能量分析模型中各子系统的统计能量分析参数，并将其加载到内部声腔统计能量分析模型的各子系统中；4)获得车体所受外部声激励源能量，并将其施加到外部声腔统计能量分析模型上，经白车身结构简化统计能量分析模型中车体结构板件隔声性能的衰减后到达车内声腔，获得整备车体在车厢二系悬挂力作用下向车内辐射结构噪声能量，然后进行车内噪声分析预测。本专利技术关注外部声激励源能量经车体组合板件隔声性能的衰减后到达车内声腔的过程，即声能从车外到车内的流动，上述方法可称为统计声学能量流方法(SAEF)，采用本方法建立的模型可称为SAEF模型。其简化的白车身结构统计能量分析模型用于隔离车外声场与车内声场，不同于常规的板件结构统计能量分析模型，它不需要定义详细板件材料参数，因为板件的隔声性能被直接定义在白车身结构子系统与车内声腔子系统的连接面上。所述的白车身结构统计能量分析模型采用以下方式进行简化并划分子系统：根据统计能量分析模型的基本假设及子系统简化原则，保留列车车厢的主要基础板件结构，并将车体板件铝型材结构简化为平板和曲面板结构，然后采用统计能量分析方法对列车车身进行划分，获得若干个结构区域，每个结构区域又再划分为若干个子系统，再把各结构子系统按照他们本身相互位置建立关联关系，得到白车身简化结构SEA框架模型，作为白车身结构简化统计能量分析模型。所述的主要基础块板件包括车窗、车窗间壁、侧墙上部、侧墙下部、车顶中部、车顶两侧、通道门壁、设备舱和地板，结构区域的数量与主要基础块板件的数量相同。所述的列车外部声腔根据白车身结构简化统计能量分析模型的子系统划分情况离散为各个外部小声腔(外部小声腔用来传递加载在该区域的外部激励能量到对应白车身简化统计能量分析模型的车体板件上)，每个外部小声腔和白车身结构简化统计能量模型的子系统外表面相对应并相互耦合，耦合面的尺寸相同，并且相邻的小声腔之间相互耦合，使外部声腔覆盖除端部以外的整个车身表面，列车外部声腔厚度为0.4～0.6m。所述的列车内部声腔根据白车身结构简化统计能量分析模型的子系统划分情况将车厢内部空间离散为各个内部小声腔(内部小声腔用来传递对应白车身统计能量分析模型的车体板件上的能量到车内其他声腔中去)，各个内部小声腔与白车身结构简化统计能量分析模型的子系统内表面对应并相互耦合，耦合面的尺寸相同，除了设备舱以外的列车内部声腔在列车高度和宽度上分为三层，各尺寸分别为0.8～1m和0.9～1.1m。所述的车体所受外部的外部声激励源能量包括车轮的噪声激励、轨道的噪声激励、空气动力噪声激励和设备舱内混响噪声激励。所述的车体所受外部的外部声激励源能量具体采用以下方式计算获得：1)计算获得列车车轮轨道相互作用力和车厢二系悬挂力：1.1)采用车辆—轨道耦合刚性多体动力学方法，建立车体的多体动力学模型；1.2)在轨道不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高速列车车内噪声分析预测方法，建立高速列车的整备车体模型和白车身结构统计能量分析模型，整备车体模型由白车身有限元模型与列车内饰系统有限元模型和牵引传动系统有限元模型相互耦合获得，其特征在于：对白车身结构统计能量分析模型进行简化，获得白车身结构简化统计能量分析模型并划分子系统，将车内空间和车外空间分别建立内部声腔统计能量分析模型和外部声腔统计能量分析模型，并进行子系统划分；获得车身各板件结构的隔声性能参数，并将其直接加载到白车身结构简化统计能量分析模型中的车体板件上，获取内部声腔统计能量分析模型中各子系统的统计能量分析参数，并将其加载到内部声腔统计能量分析模型的各子系统中；获得车体所受外部声激励源能量，并将其施加到外部声腔统计能量分析模型上，经白车身结构简化统计能量分析模型中车体结构板件隔声性能的衰减后到达车内声腔，获得整备车体在车厢二系悬挂力作用下向车内辐射结构噪声能量，然后进行车内噪声分析预测。

【技术特征摘要】
1.一种高速列车车内噪声分析预测方法，建立高速列车的整备车体模型和
白车身结构统计能量分析模型，整备车体模型由白车身有限元模型与列车内饰
系统有限元模型和牵引传动系统有限元模型相互耦合获得，其特征在于：
对白车身结构统计能量分析模型进行简化，获得白车身结构简化统计能量
分析模型并划分子系统，将车内空间和车外空间分别建立内部声腔统计能量分
析模型和外部声腔统计能量分析模型，并进行子系统划分；
获得车身各板件结构的隔声性能参数，并将其直接加载到白车身结构简化
统计能量分析模型中的车体板件上，获取内部声腔统计能量分析模型中各子系
统的统计能量分析参数，并将其加载到内部声腔统计能量分析模型的各子系统
中；
获得车体所受外部声激励源能量，并将其施加到外部声腔统计能量分析模
型上，经白车身结构简化统计能量分析模型中车体结构板件隔声性能的衰减后
到达车内声腔，获得整备车体在车厢二系悬挂力作用下向车内辐射结构噪声能
量，然后进行车内噪声分析预测。
2.根据权利要求1所述的一种高速列车车内噪声分析预测方法，其特征在
于：所述的白车身结构统计能量分析模型采用以下方式进行简化并划分子系统：
保留列车车厢的主要基础板件结构，并将车体板件铝型材结构简化为平板和曲
面板结构，然后采用统计能量分析方法对列车车身进行划分，获得若干个结构
区域，每个结构区域又再划分为若干个子系统，再把各结构子系统按照他们本
身相互位置建立关联关系，得到白车身简化结构SEA框架模型，作为白车身结
构简化统计能量分析模型。
3.根据权利要求2所述的一种高速列车车内噪声分析预测方法，其特征在
于：所述的主要基础块板件包括车窗(1)、车窗间壁(2)、侧墙上部(3)、
侧墙下部(4)、车顶中部(5)、车顶两侧(6)、通道门壁(7)、设备舱(8)
和地板(9)，结构区域的数量与主要基础块板件的数量相同。
4.根据权利要求1所述的一种高速列车车内噪声分析预测方法，其特征在
于：所述的列车外部声腔根据白车身结构简化统计能量分析模型的子系统划分
情况离散为各个外部小声腔，每个外部小声腔和白车身结构简化统计能量分析
模型的子系统外表面相对应并相互耦合，耦合面的尺寸相同，并且相邻的小声
腔之间相互耦合，使外部声腔覆盖除端部以外的整个车身表面。
5.根据权利要求1所述的一种高速列车车内噪声分析预测方法，其特征在

\t于：所述的列车内部声腔根据白车身结构简化统计能量分析模型的子系统划分
情况将车厢内部空间离散为各个内部小声腔，各个内部小声腔与白车身结构简
化统计能量分析模型的子系统内表面对应并相互耦合，耦合面的尺寸相同，除
了设备舱以外的列车内部声腔在列车高度和宽度上分为三层。
6.根据权利要求1所述的一种高速列车车内噪声分析预测方法，其特征在
于：所述的车体所受外部声激励源能量包括车轮的噪声激励能量、轨道的噪声
激励能量、空气动力噪声激励能量和设备舱内混响噪声激励能量。
7.根据权利要求1所述的一种高速列车车内噪声分析预测方法，其特征在
于：所述的车体所受外部的外部声激励源能量具体采用以下方式计算获得：
1)计算获得列车车轮轨道相互作用力和车厢二系悬挂力：
1.1)采用车辆—轨道耦合刚性多体动力学方法，建立车体的多体动力学模
型；
1.2)在轨道不平顺性的激励下，通过刚体动力学仿真计算，可得到列车以
匀速直线行驶下分析频段内列车重力方向上的轮轨相互力以及经过转向架悬挂
系统衰减后的作用于车厢上的二系悬挂力；
2)计算获得车轮的噪声激励：
2.1)建立列车车轮有限元模型并组成4个车轮对；
2.2)采用Lanczos法计算单个车轮的约束模态特性，对于每个车轮施加上<...

【专利技术属性】
技术研发人员：代文强，郝志勇，郑旭，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33