摘 要：本文通過對高速列車枕梁區(qū)域中安裝的各種隔音材料進(jìn)行技術(shù)研究和對比分析，檢驗新型復(fù)合材料及新結(jié)構(gòu)組合方式加入對動車組車內(nèi)關(guān)鍵區(qū)域的隔聲量影響；對其加入前后的隔聲量進(jìn)行曲線變化等測試分析，研究新材料及新結(jié)構(gòu)對動車組枕梁區(qū)域的各頻段隔聲量及噪音模擬仿真技術(shù)。

關(guān)鍵詞：高速列車；枕梁；復(fù)合材料；噪音；隔聲仿真

1 前言

高速列車車內(nèi)噪聲水平是列車乘坐舒適性的重要指標(biāo)之一，同時也是列車技術(shù)研究難點之一。通過噪聲特性的測試結(jié)果表明，列車高速行駛時枕梁區(qū)域產(chǎn)生的噪聲為嚴(yán)重區(qū)域之一，為此對該區(qū)域進(jìn)行研究分析有一定地必要性和意義。

2 隔音仿真預(yù)測方法

隔聲仿真計算主要利用有限元法（FEM）、統(tǒng)計能量法（SEA）等方法。本文主要采用統(tǒng)計能量法（SEA）中常用的混合求解法（FE-SEA）及其隔聲仿真預(yù)測模型作相應(yīng)淺析。

2.1 統(tǒng)計能量-有限元混合方法

在混合FE-SEA理論中，認(rèn)為SEA子系統(tǒng)分為直達(dá)場和混響場，結(jié)構(gòu)的整體剛度矩陣由FE子系統(tǒng)和SEA子系統(tǒng)直達(dá)場的剛度矩陣耦合得到。FE子系統(tǒng)通過此剛度矩陣與SEA子系統(tǒng)在連接初耦合，并受到SEA子系統(tǒng)所施加的作用力，再通過此作用力向SEA子系統(tǒng)的混響場傳遞能量。

2.2 FE-SEA隔聲仿真預(yù)測模型

在VA One模擬環(huán)境中建立FE-SEA隔聲預(yù)測模型，為10mm鋁板的隔聲預(yù)測模型，按照求解頻段范圍（每個波長內(nèi)最少4個單元）將鋁板劃分有限元?dú)卧W(wǎng)格，在網(wǎng)格兩側(cè)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(wǎng)格與兩個聲腔建立Hybrid面連接，如圖1所示。

3 主要研究技術(shù)內(nèi)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(yù)測模型，如圖2所示，在中高頻鋁型材模型間夾空腔上設(shè)置吸聲系數(shù)，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(shè)置吸聲系數(shù)，同時考慮到在鋁型材在低頻段的隔聲主要受質(zhì)量定律的影響，因此對應(yīng)于吸聲材料的填充，只需適當(dāng)增大等效板的面密度即可。

為此，探究在鋁型材空腔內(nèi)填充吸聲材料對其隔聲特性的影響規(guī)律，分別設(shè)置吸聲系數(shù)為0、0.01和0.1的3組計算工況，對應(yīng)吸聲材料的填充質(zhì)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(quán)隔聲量的計算結(jié)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(shù)增大，鋁型材在全頻段的隔聲量都會提升，計權(quán)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(fù)合結(jié)構(gòu)對阻尼比貢獻(xiàn)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(shù)據(jù)的可比性。測量范圍0～2000Hz，采樣頻率為2.56×2000Hz，采樣點數(shù)4196點，頻率分辨率為1.25Hz。

3.3 整體隔聲量預(yù)估

由于多層復(fù)合結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性與不確定性因素過多，整體結(jié)構(gòu)的噪聲仿真模擬非常難以實現(xiàn)并且準(zhǔn)確率無法保證，現(xiàn)階段只從各層介質(zhì)材料特性對整體結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行推論。

（1）進(jìn)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(yù)計會對整體地板結(jié)構(gòu)隔聲量貢獻(xiàn)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(yù)計會對整體地板結(jié)構(gòu)隔聲量貢獻(xiàn)0.5～1.0dB；

綜合所有材料的貢獻(xiàn)值，預(yù)計整體隔聲量增加1.5～2.5dB。

4 結(jié)論

通過對復(fù)合新材料以及組合結(jié)構(gòu)進(jìn)行聲學(xué)仿真計算與測試，對各層材料介質(zhì)的聲學(xué)性能有了進(jìn)一步的解，并根據(jù)其特性對整體結(jié)構(gòu)的隔聲量提升進(jìn)行了預(yù)估，證明了預(yù)研究技術(shù)方案中的聲學(xué)結(jié)構(gòu)在改善噪聲的同時，也為高速列車整車或其他關(guān)鍵區(qū)域的隔音降噪技術(shù)研究提供了參考和研究方法。

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（作者單位：1.中車唐山機(jī)車車輛有限公司；2.長春富通科貿(mào)有限公司）