張 捷，姚 丹，王瑞乾，肖新標(biāo)

(1. 四川大學(xué) 高分子材料工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 /高分子研究所，四川 成都 610065；2. 西南交通大學(xué) 牽引動(dòng)力國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610031；3. 常州大學(xué) 城市軌道交通學(xué)院，江蘇 常州 213164)

高速列車的車內(nèi)噪聲直接影響司乘人員的乘坐舒適性，是關(guān)乎高速鐵路綠色環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題[1-3]，也是支撐國(guó)家“一帶一路”建設(shè)和“高鐵走出去”戰(zhàn)略的重要指標(biāo)。研究高速列車的車內(nèi)噪聲問(wèn)題，主要的手段是仿真預(yù)測(cè)或試驗(yàn)分析。其中，仿真預(yù)測(cè)無(wú)論是在車輛設(shè)計(jì)制造初期，還是運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段，都能起到積極的指導(dǎo)作用。因此，掌握高速列車車內(nèi)噪聲的預(yù)測(cè)方法，對(duì)于其低噪聲設(shè)計(jì)[4-5]和減振降噪優(yōu)化具有重要意義。

有關(guān)軌道交通的車內(nèi)噪聲預(yù)測(cè)，國(guó)內(nèi)外已有不少的研究成果可供參考。其中，基于統(tǒng)計(jì)能量分析(Statistical Energy Analysis，SEA)[6]的車內(nèi)噪聲預(yù)測(cè)是較為主流的方法。這是因?yàn)楦咚倭熊囓圀w結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有很強(qiáng)的參數(shù)不確定性，傳統(tǒng)的數(shù)值方法(例如有限元方法)無(wú)論是在建模還是計(jì)算上都存在困難。Hardy[7]基于SEA方法研究了160 km/h列車的車內(nèi)噪聲特性，分析了空氣傳聲貢獻(xiàn)并提出了相應(yīng)的控制措施建議。Forssén等[8]同樣基于SEA方法建立了列車車內(nèi)噪聲預(yù)測(cè)模型，并用聲線追蹤法和比例模型試驗(yàn)對(duì)車內(nèi)噪聲預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)三者的結(jié)果在中心頻率500～4 000 Hz的倍頻帶吻合較好。Fiedler等[9]運(yùn)用SEA方法研究了不同聲源對(duì)輕軌列車車內(nèi)噪聲的貢獻(xiàn)排序。在國(guó)內(nèi)，謝素明等[10]基于SEA方法建立了某客車臥鋪車廂的車內(nèi)噪聲預(yù)測(cè)模型，通過(guò)施加輪軌噪聲激勵(lì)對(duì)車內(nèi)噪聲進(jìn)行了預(yù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)預(yù)測(cè)結(jié)果和該車的試驗(yàn)結(jié)果在500～2 500 Hz頻率范圍吻合較好。毛杰等[11]使用SEA方法建立了高速列車的車內(nèi)噪聲預(yù)測(cè)模型，采用多物理場(chǎng)耦合激勵(lì)，預(yù)測(cè)了200～1 600 Hz的車內(nèi)噪聲。Zheng等[12]在SEA方法基礎(chǔ)上提出了統(tǒng)計(jì)聲學(xué)能量流方法，考慮車外至車內(nèi)的聲能流動(dòng)，預(yù)測(cè)車內(nèi)的聲學(xué)響應(yīng)。Zhao等[13]基于混合有限元-統(tǒng)計(jì)能量分析法(Finite Element-Statistical Energy Analysis，F(xiàn)E-SEA)，以及將車體鋁型材等效為層合板的方式，建立了高速列車的車內(nèi)噪聲預(yù)測(cè)模型，發(fā)現(xiàn)預(yù)測(cè)結(jié)果和該車的試驗(yàn)結(jié)果在100～1 000 Hz頻率范圍吻合較好。羅文俊等[14]運(yùn)用FE-SEA方法研究了高速列車的二系懸掛力引起的車體結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)，并分析了車體組成部件對(duì)車內(nèi)結(jié)構(gòu)噪聲的貢獻(xiàn)。

不難看出，SEA及其相關(guān)性方法是高速列車等軌道交通噪聲預(yù)測(cè)的主要手段。但同時(shí)也可以發(fā)現(xiàn)，在運(yùn)用SEA時(shí)，不同的建模過(guò)程和參數(shù)設(shè)置在計(jì)算結(jié)果的精度上存在明顯差異。怎樣合理使用SEA方法進(jìn)行高速列車的車內(nèi)噪聲建模，特別是如何獲得準(zhǔn)確的SEA參數(shù)，包括結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)和聲腔子系統(tǒng)的模態(tài)密度(Modal Density)、阻尼損耗因子(Damping Loss Factor，DLF)；結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)與聲腔子系統(tǒng)，聲腔子系統(tǒng)與聲腔子系統(tǒng)之間的耦合損耗因子(Coupling Loss Factor，CLF)；以及各個(gè)子系統(tǒng)的功率輸入(Power Input)等，還缺乏系統(tǒng)而深入的研究。本文在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上提出一種基于試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)能量分析(Experimental Statistical Energy Analysis，ESEA)的高速列車車內(nèi)噪聲預(yù)測(cè)方法，并對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1 統(tǒng)計(jì)能量分析基本原理

SEA是大型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初期最常用的計(jì)算方法和分析手段。它將復(fù)雜結(jié)構(gòu)劃分為若干子系統(tǒng)，并將子系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)處理成隨機(jī)變量，進(jìn)而計(jì)算分析各個(gè)子系統(tǒng)在統(tǒng)計(jì)意義上的平均響應(yīng)。SEA雖然不能針對(duì)特定場(chǎng)點(diǎn)給出精確解，但是卻可以為設(shè)計(jì)初期較快地預(yù)測(cè)大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的振動(dòng)噪聲提供參考，在很大程度上和傳統(tǒng)數(shù)值方法形成互補(bǔ)。

SEA的基本思想是使用功率流平衡方程描述各個(gè)子系統(tǒng)之間的耦合關(guān)系。對(duì)于包含N個(gè)子系統(tǒng)的復(fù)雜動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，其功率流平衡方程為

ωLE=P

(1)

式中：ω為角頻率；E為子系統(tǒng)能量矩陣；P為系統(tǒng)功率輸入矩陣；L為包含DLF和CLF的系統(tǒng)能量損耗矩陣。分別為

E=[E1,E2,E3，…，EN]T

(2)

P=[P1,P2,P3，…，PN]T

(3)

(4)

其中：ηii表示子系統(tǒng)i的DLF；ηij表示能量從子系統(tǒng)i傳至子系統(tǒng)j的CLF。

SEA的互易性原理為

niηij=njηji

(5)

式中：ni、nj分別為子系統(tǒng)i、j的模態(tài)密度。

因此，使用SEA方法對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行振動(dòng)噪聲預(yù)測(cè)分析的關(guān)鍵參數(shù)即為模態(tài)密度、阻尼損耗因子、耦合損耗因子和功率輸入。

2 子系統(tǒng)的模態(tài)密度

考慮高速列車的車外聲源、車體傳聲路徑和車內(nèi)聲學(xué)響應(yīng)，車內(nèi)噪聲的SEA建模需要?jiǎng)澐秩舾山Y(jié)構(gòu)子系統(tǒng)(車體)和聲腔子系統(tǒng)(車外和車內(nèi))。

2.1 結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)

高速列車車體結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)的劃分可以首先按照區(qū)域分為地板、側(cè)墻、頂板、端墻、車門、車窗、貫通道等，然后根據(jù)每個(gè)區(qū)域的組成特性再進(jìn)一步分為諸如鋁型材、防寒材、內(nèi)飾等詳細(xì)部件?？紤]車內(nèi)噪聲SEA模型中子系統(tǒng)劃分的幾何尺寸，以1 m2樣件的測(cè)試分析為例，地板鋁型材的模態(tài)密度測(cè)試照片見(jiàn)圖1。模態(tài)密度通過(guò)結(jié)構(gòu)的頻響特性分析，使用模態(tài)計(jì)數(shù)法[6]獲得。

圖1 地板鋁型材的模態(tài)密度測(cè)試

如圖1所示，首先將樣件用彈性繩進(jìn)行自由懸掛，然后在樣件的一側(cè)隨機(jī)布置10個(gè)加速度計(jì)，接著在樣件的另一側(cè)使用激振器進(jìn)行激振。激振器輸出的為白噪聲譜，上限頻率5 000 Hz。

以1 000 Hz以內(nèi)的頻響函數(shù)為例，10個(gè)加速度計(jì)的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 地板鋁型材的加速度頻響特性

由圖2可見(jiàn)，在500 Hz以下，地板鋁型材的加速度頻響函數(shù)峰值較少，以結(jié)構(gòu)的整體模態(tài)為主；在500 Hz以上，峰值密集，結(jié)構(gòu)開(kāi)始出現(xiàn)局部模態(tài)。通過(guò)將各頻帶的模態(tài)數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，即使用模態(tài)計(jì)數(shù)法可以獲得測(cè)試樣件的模態(tài)密度。

地板鋁型材、側(cè)墻鋁型材、頂板鋁型材以及內(nèi)飾玻璃鋼板的模態(tài)密度結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)的模態(tài)密度結(jié)果

由圖3可見(jiàn)，結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)的模態(tài)密度頻譜分布上，地板鋁型材幾乎在全頻段都表現(xiàn)得較高，內(nèi)飾玻璃鋼板則基本最低。這一方面說(shuō)明試驗(yàn)中的鋁型材結(jié)構(gòu)相對(duì)于玻璃鋼板在聲振響應(yīng)上具有更高的被激發(fā)能力，另一方面也說(shuō)明鋁型材本身的結(jié)構(gòu)差異是影響其模態(tài)密度特性的關(guān)鍵因素。

2.2 聲腔子系統(tǒng)

高速列車聲腔子系統(tǒng)的劃分同樣可以按照區(qū)域分為車外聲腔子系統(tǒng)和車內(nèi)聲腔子系統(tǒng)。對(duì)于三維聲腔子系統(tǒng)，其模態(tài)密度可以表示為[6]

(6)

式中：f為頻率；c0為聲速；V、S、l分別為三維聲腔的體積、表面積、棱邊長(zhǎng)度。

以車內(nèi)客室端部區(qū)域?yàn)槔?，車?nèi)聲腔子系統(tǒng)的模態(tài)密度計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖4。可以看出，聲腔子系統(tǒng)的模態(tài)密度隨著頻率的提高而增加。

圖4 客室端部車內(nèi)聲腔子系統(tǒng)的模態(tài)密度結(jié)果

3 子系統(tǒng)的阻尼損耗因子

3.1 結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)

識(shí)別結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)DLF的方法有很多，半功率帶寬法是其中最常用的一種。基于圖2的加速度頻響特性，就可以使用半功率帶寬法獲得地板鋁型材的DLF。但是，半功率帶寬法對(duì)于具有密集局部模態(tài)的頻率(如圖2中500 Hz以上的頻率)，其阻尼識(shí)別將存在困難。因此，對(duì)于鋁型材500 Hz以上的頻率，利用阻尼效應(yīng)引起的振動(dòng)隨距離的衰減，采用行波法[15]對(duì)其DLF進(jìn)行測(cè)試分析。

以地板鋁型材為例，基于行波法的結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)DLF測(cè)試照片見(jiàn)圖5。

圖5 地板鋁型材的DLF測(cè)試

基于行波法的地板鋁型材DLF測(cè)試與圖1的區(qū)別之處在于激振器和加速度計(jì)位于試件的同一側(cè)，并分布在同一水平直線上[16]。相同之處是激振器輸出的依然為白噪聲譜，上限頻率5 000 Hz。

結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)的DLF統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)圖6。其中，鋁型材樣件在500 Hz以下的DLF基于半功率帶寬法，500 Hz以上的DLF基于行波法；內(nèi)飾玻璃鋼板樣件的DLF則完全基于半功率帶寬法，因?yàn)槠湓诜治鲱l率范圍內(nèi)均以整體模態(tài)為主。

圖6 結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)的DLF結(jié)果

由圖6可見(jiàn)，隨著頻率的提高，鋁型材樣件的DLF呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，而內(nèi)飾玻璃鋼板樣件的DLF則幾乎不隨頻率變化，且明顯高于鋁型材。

3.2 聲腔子系統(tǒng)

聲腔子系統(tǒng)的DLF與其混響時(shí)間之間存在換算關(guān)系，因此，通過(guò)測(cè)試車內(nèi)的混響時(shí)間，使用混響吸聲法可以獲得聲腔子系統(tǒng)的DLF[6]

(7)

式中：T60為車內(nèi)聲腔的混響時(shí)間。

車內(nèi)聲腔的DLF測(cè)試照片見(jiàn)圖7。

圖7 車內(nèi)聲腔的DLF測(cè)試

以高速列車車內(nèi)客室端部為例，關(guān)閉車門、內(nèi)端門，放置2～3 個(gè)無(wú)指向聲源，選擇白噪聲譜作為輸出，上限頻率5 000 Hz。在無(wú)指向聲源附近隨機(jī)布置5～6 個(gè)麥克風(fēng)，測(cè)試車內(nèi)聲腔的混響時(shí)間，進(jìn)而計(jì)算得到車內(nèi)聲腔的DLF，見(jiàn)圖8。

圖8 聲腔子系統(tǒng)的DLF結(jié)果

由圖8可見(jiàn)，車內(nèi)聲腔子系統(tǒng)的DLF幅值基本在1%左右，且隨著頻率的提高而降低。

4 子系統(tǒng)間的耦合損耗因子

4.1 結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)

對(duì)于高速列車，結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)的耦合主要指地板與側(cè)墻、側(cè)墻與頂板等不同類型車體結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)之間的耦合。根據(jù)SEA基本原理，當(dāng)結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)i和j通過(guò)線連接耦合時(shí)，其CLF可以表示為[6]

(8)

式中：l為結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)i和j的線耦合長(zhǎng)度；τij為結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)i和j的傳遞系數(shù)；cg為群速度；Si為結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)i的面積。

根據(jù)式(8)，以地板子系統(tǒng)和側(cè)墻子系統(tǒng)為例，結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)之間的CLF結(jié)果見(jiàn)圖9。

圖9 地板與側(cè)墻子系統(tǒng)之間的CLF結(jié)果

由圖9可見(jiàn)，結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)之間的CLF基本隨著頻率的提高而略有降低。其中，地板子系統(tǒng)與側(cè)墻子系統(tǒng)的CLF相對(duì)略高，說(shuō)明能量流動(dòng)更容易發(fā)生在地板子系統(tǒng)朝向側(cè)墻子系統(tǒng)的方向。

4.2 結(jié)構(gòu)與聲腔子系統(tǒng)

對(duì)于高速列車，結(jié)構(gòu)與聲腔子系統(tǒng)的耦合主要是地板與車內(nèi)外聲腔、側(cè)墻與車內(nèi)外聲腔等車體結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)與聲腔子系統(tǒng)之間的耦合。以地板與車內(nèi)聲腔的耦合為例，地板子系統(tǒng)(子系統(tǒng)1)傳遞至車內(nèi)聲腔子系統(tǒng)(子系統(tǒng)2)的功率可以表示為

(9)

此外，基于板件振動(dòng)聲輻射的一般理論，對(duì)半無(wú)限空間，地板子系統(tǒng)的輻射聲功率可以表示為

(10)

式中：σ、S分別為板件的聲輻射效率、表面積；ρ、c分別為空氣流體的密度、空氣中的聲速，定義在20 °C時(shí)，ρc=415 N·s/m2。

令W12=Wrad，則結(jié)構(gòu)與聲腔子系統(tǒng)之間的CLF可以表示為

(11)

因此，通過(guò)測(cè)試結(jié)構(gòu)的聲輻射效率(或輻射聲功率)，可以得到結(jié)構(gòu)與聲腔子系統(tǒng)之間的CLF。

基于聲強(qiáng)掃描法[17]的地板子系統(tǒng)與聲腔子系統(tǒng)之間的CLF測(cè)試照片見(jiàn)圖10。

圖10 地板子系統(tǒng)與聲腔子系統(tǒng)之間的CLF測(cè)試

將地板安裝于混響室-半消聲室的洞口；在其一側(cè)(半消聲室)隨機(jī)布置10個(gè)加速度計(jì)，并劃分6×6的網(wǎng)格，使用聲強(qiáng)探頭逐格進(jìn)行掃描；在其另一側(cè)(混響室)使用激振器進(jìn)行激振。激振器輸出白噪聲譜，上限頻率5 000 Hz。

基于聲強(qiáng)掃描法統(tǒng)計(jì)得到的結(jié)構(gòu)與聲腔子系統(tǒng)之間的CLF，見(jiàn)圖11。

圖11 結(jié)構(gòu)與聲腔子系統(tǒng)之間的CLF結(jié)果

由圖11可見(jiàn)，結(jié)構(gòu)與聲腔子系統(tǒng)之間的CLF隨著頻率的提高而略有降低，但是卻普遍在中心頻率200 Hz的1/3倍頻帶存在局部峰值，說(shuō)明該頻帶振動(dòng)噪聲能量更容易傳遞。

4.3 聲腔與聲腔子系統(tǒng)

對(duì)于高速列車，聲腔與聲腔子系統(tǒng)的耦合主要指不同區(qū)域的車外聲腔子系統(tǒng)和車內(nèi)聲腔子系統(tǒng)之間的耦合。以側(cè)墻區(qū)域?yàn)槔?，車外聲腔子系統(tǒng)1通過(guò)側(cè)墻子系統(tǒng)2與車內(nèi)聲腔子系統(tǒng)3發(fā)生耦合，這種耦合稱為非接觸式間接耦合，見(jiàn)圖12。而當(dāng)2個(gè)聲腔子系統(tǒng)之間不存在結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)而發(fā)生直接接觸時(shí)，這種耦合稱為接觸式直接耦合。

圖12 聲腔-結(jié)構(gòu)-聲腔 3個(gè)子系統(tǒng)相耦合的SEA模型

如圖12所示，車外聲腔子系統(tǒng)1的能量傳遞至車內(nèi)聲腔子系統(tǒng)3有2 種路徑：一是通過(guò)側(cè)墻子系統(tǒng)2的共振模態(tài)群(儲(chǔ)存能量)傳遞；二是通過(guò)側(cè)墻子系統(tǒng)2的非共振模態(tài)群(不儲(chǔ)存能量)的質(zhì)量定律傳遞。其中，經(jīng)由側(cè)墻子系統(tǒng)2的共振模態(tài)群傳遞的能量可以通過(guò)結(jié)構(gòu)與聲腔子系統(tǒng)之間的CLF表征；經(jīng)由側(cè)墻子系統(tǒng)2的非共振模態(tài)群傳遞的能量，即聲腔與聲腔子系統(tǒng)之間的CLF(無(wú)論是非接觸式間接耦合，還是接觸式直接耦合)，可以通過(guò)下式確定[6]

(12)

式中：c1、V1分別為車外聲腔子系統(tǒng)1的聲速、體積；S2為側(cè)墻子系統(tǒng)2的表面積；τ13為傳遞系數(shù)。

因此，通過(guò)測(cè)試結(jié)構(gòu)的聲傳遞系數(shù)可以獲得聲腔與聲腔子系統(tǒng)之間的CLF?；诨祉懜袈暦ǖ穆暻慌c聲腔子系統(tǒng)之間的CLF測(cè)試照片見(jiàn)圖13。

圖13 聲腔與聲腔子系統(tǒng)之間的CLF測(cè)試

如圖13所示，將車體結(jié)構(gòu)樣件(包含鋁型材、防寒材、內(nèi)飾板等和實(shí)車結(jié)構(gòu)一致的組合樣件)安裝在混響室-混響室的洞口，根據(jù)ISO 140-2[18]等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，測(cè)試樣件的頻率隔聲量。

混響隔聲法統(tǒng)計(jì)得到的聲腔與聲腔子系統(tǒng)之間的CLF見(jiàn)圖14。可以看出，聲腔與聲腔子系統(tǒng)之間的CLF基本隨頻率的提高而降低。

圖14 聲腔與聲腔子系統(tǒng)之間的CLF結(jié)果

5 子系統(tǒng)的功率輸入

SEA模型子系統(tǒng)的功率輸入?yún)?shù)有2種確定方式：一種是通過(guò)對(duì)噪聲源進(jìn)行仿真分析，計(jì)算其噪聲和振動(dòng)頻譜；另一種則是采用試驗(yàn)方法獲得相關(guān)數(shù)據(jù)。本文采用第二種方式，通過(guò)對(duì)與建模的高速列車相似的車型進(jìn)行大量的線路試驗(yàn)數(shù)據(jù)調(diào)研統(tǒng)計(jì)，獲得其空氣聲源激勵(lì)和結(jié)構(gòu)振動(dòng)激勵(lì)。

5.1 空氣聲源激勵(lì)

以高速列車車內(nèi)噪聲相對(duì)較高的受電弓車廂為例，在轉(zhuǎn)向架區(qū)域、車身表面區(qū)域、受電弓區(qū)域和輔助設(shè)備區(qū)域布置麥克風(fēng)，測(cè)試其噪聲特性并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。圖15給出了多列、多次試驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，列車多數(shù)處于車輪鏇修后5 000 km，即輪軌表面狀態(tài)良好。測(cè)試的列車運(yùn)行速度為勻速350 km/h。

圖15 空氣聲源激勵(lì)

5.2 結(jié)構(gòu)振動(dòng)激勵(lì)

同樣，在車內(nèi)地板、側(cè)墻、車窗和頂板等位置布置加速度計(jì)，測(cè)試高速列車的振動(dòng)特性并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。列車運(yùn)行速度為勻速350 km/h，測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)值見(jiàn)圖16。

圖16 結(jié)構(gòu)振動(dòng)激勵(lì)

6 車內(nèi)噪聲預(yù)測(cè)結(jié)果與驗(yàn)證

在ESI VA One軟件中，考慮高速列車的車體結(jié)構(gòu)特征，以一節(jié)受電弓車廂為例，劃分車廂子系統(tǒng)并建立車內(nèi)噪聲預(yù)測(cè)模型。子系統(tǒng)劃分過(guò)程遵循以下基本原則：

(1)將共振模態(tài)參數(shù)相似的結(jié)構(gòu)或者聲腔劃分為一類子系統(tǒng)，例如地板、側(cè)墻或頂板的結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)，以及車外或車內(nèi)的聲腔子系統(tǒng)；

(2)綜合考慮車輛結(jié)構(gòu)或者聲腔的實(shí)際幾何尺寸與計(jì)算精度要求，在滿足空間預(yù)測(cè)位置需要的前提下盡可能使得各個(gè)子系統(tǒng)具備高模態(tài)數(shù)。

高速列車受電弓車廂車內(nèi)噪聲預(yù)測(cè)SEA模型見(jiàn)圖17。

圖17 受電弓車廂車內(nèi)噪聲預(yù)測(cè)SEA模型

高速列車受電弓車廂車內(nèi)噪聲建模時(shí)設(shè)置了多個(gè)車外聲腔子系統(tǒng)，在各聲腔子系統(tǒng)上輸入相應(yīng)的聲壓作為激勵(lì)(5.1節(jié))，模擬空氣聲源；在各結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)上輸入相應(yīng)的加速度作為激勵(lì)(5.2節(jié))，模擬結(jié)構(gòu)振動(dòng)。然后使用第2～4節(jié)中各個(gè)子系統(tǒng)的模態(tài)密度、子系統(tǒng)的DLF以及子系統(tǒng)之間的CLF對(duì)模型進(jìn)行賦值，預(yù)測(cè)車內(nèi)噪聲。其中，車內(nèi)座椅的建模僅用作車內(nèi)聲腔體積的模擬，其吸聲系數(shù)用3.2節(jié)車內(nèi)聲腔子系統(tǒng)的DLF等效。

高速列車350 km/h運(yùn)行時(shí)，受電弓車廂客室端部車內(nèi)噪聲預(yù)測(cè)結(jié)果和試驗(yàn)對(duì)比見(jiàn)圖18。

圖18 客室端部車內(nèi)噪聲預(yù)測(cè)結(jié)果和試驗(yàn)對(duì)比

由圖18可見(jiàn)，高速列車車內(nèi)噪聲的預(yù)測(cè)結(jié)果在中心頻率100～3 150 Hz的1/3倍頻帶與試驗(yàn)總體規(guī)律吻合較好，峰值頻率基本對(duì)應(yīng)?？偮晧杭?jí)誤差為1 dB(A)左右，符合工程需求且精度較高。

7 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種基于ESEA的高速列車車內(nèi)噪聲預(yù)測(cè)方法。根據(jù)SEA的基本原理，考慮高速列車的車體結(jié)構(gòu)特征，劃分了車廂子系統(tǒng)并建立了車內(nèi)噪聲預(yù)測(cè)模型。通過(guò)試驗(yàn)方法研究并獲得了高速列車車內(nèi)噪聲預(yù)測(cè)模型的關(guān)鍵SEA參數(shù)。結(jié)果表明，車內(nèi)噪聲預(yù)測(cè)結(jié)果和試驗(yàn)在頻譜分布上規(guī)律一致，總聲壓級(jí)誤差在1 dB(A)左右。因此，建模方法和預(yù)測(cè)模型是可靠、準(zhǔn)確的。

但是本文還存在一些問(wèn)題有待后續(xù)進(jìn)一步深入研究。例如，高速列車的車體幾何尺寸龐大，目前的樣件尺寸雖然和子系統(tǒng)的劃分相接近，但是小樣件的測(cè)試在較低頻率下可能存在應(yīng)用上的局限和誤差。樣件尺寸因素的影響有待分析。此外，車體組合結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鋁型材和內(nèi)飾玻璃鋼板之間的連接以及裝備狀態(tài)下的邊界條件還欠考慮，這些是進(jìn)一步準(zhǔn)確預(yù)測(cè)車內(nèi)噪聲傳遞路徑貢獻(xiàn)的前提。