基于高速列车声振特性的高效吸声结构优化设计

论文摘要

随着我国经济的高速发展，高速化铁路运输已成为我国铁路发展的重要战略目标。铁路高速化在带来巨大经济和社会效益的同时，也带来了许多环境问题，其中对车内外环境噪声的影响尤为突出。高速列车车内声环境是决定乘客舒适度的重要因素之一。伴随列车速度的提升，车内噪声问题越来越引起人们的关注，因此有必要针对高速列车车内噪声声源特性和声场分布特点进行分析研究，进而对车内噪声进行有效的控制。由马大猷先生提出的微穿孔板吸声结构近几年得到了广泛的应用，成为对噪声控制的有效途径之一。针对车内噪声的特性,优化设计微穿孔板吸声结构，可以达到良好的吸声效果。本文首先介绍了高速列车噪声主要噪声声源和产生机理，通过多次运行工况下不同车型的实车测试试验，对车厢内部主要噪声声源特性及其在总噪声中的贡献量进行分析，明确了高速列车车内噪声分布特点。论文涉及了A、B、C三种车型的三次实车测试试验，通过试验结果分析发现：车内车外的振动以及车厢内的声压级都是随着列车速度的增加而不断增加的，但不同的区域增值各不相同。受电弓区域车顶的振动与其他地方地板和侧壁的振动不同，车内外的振级相差不大，都处于较高的幅值。车内其他位置（车厢中部车顶、地板、侧壁等）出现低频区域车内外振动差距不大，而高频段车内振动明显减小，并趋于一致，车外振动却随着频率的增加而不断增加，远远高于车内的振动的现象。通过三种车型振动的比较发现，相同时速下（350km/h），B型车内部车顶、地板和侧壁的振动都明显低于A型车和C型车。车厢前端的声压级都要略大于车厢中部的声压级。另一方面，为了寻找适合高速列车结构特点和声场特性的有效吸声结构，从微穿孔板吸声结构吸声降噪的基本原理出发，探讨了微穿孔板吸声结构的吸声特性；针对高速列车车内噪声频谱特性，提出一种新型微穿孔板吸声结构——弧形锥孔微穿孔板吸声结构。通过MATLAB仿真分析，得到如下结论：（1）倾角稍小于90时，低频吸声效果更好，但吸声频带较窄；如果噪声集中于中高频时，适宜选择倾角稍大于90。（2）随着孔径的不断减小，吸声的峰值都是不断增大的，但其共振频率点也随之向高频移动，而对频带宽度的影响并不明显。（3）倾角小于90时，吸声共振频率随穿孔率的增加向高频移动，吸声峰值明显减小，而吸声频带宽度并没有明显变化，此时穿孔率不宜过大。倾角大于90时，吸声共振频率随穿孔率的增加向高频移动，吸声频带宽度没有明显变化，但吸声峰值明显增加。（4）倾角一定的情况下，吸声共振频率随空腔深度的增加向低频移动，其对吸声峰值和频带宽度的影响并不明显。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.3 本文研究内容
• 第二章 高速列车振动噪声概述
• 2.1 高速列车主要噪声声源和产生机理
• 2.2 噪声源的识别与控制
• 2.2.1 噪声源识别
• 2.2.2 高速列车噪声控制
• 第三章 高速列车声振特性试验研究
• 3.1 测试试验的基本描述
• 3.2 试验结果的讨论
• 3.2.1 振动测点结果分析
• 3.2.2 声压测点结果分析
• 3.3 试验分析结论小结
• 第四章 基于高速列车声振及结构特性的微穿孔板吸声体研究
• 4.1 传统微穿孔板吸声结构吸声机理研究现状
• 4.1.1 亥姆霍兹共鸣器
• 4.1.2 圆管的声阻抗
• 4.1.3 微穿孔板声阻抗
• 4.1.4 微穿孔板吸声体的基本方程
• 4.2 传统微穿孔板吸声结构吸声特性仿真分析
• 4.2.1 单个微穿孔板吸声结构计算机仿真及试验对比
• 4.2.2 微穿孔板吸声体结构参数对其吸声性能的影响
• 4.3 传统微穿孔板吸声结构的推广
• 4.3.1 组合微穿孔板吸声结构
• 4.3.2 管束穿孔板吸声结构
• 4.3.3 不等腔微穿孔板组合吸声结构
• 4.3.4 喇叭型穿孔微穿孔板吸声结构
• 4.4 弧形锥孔微穿孔板吸声结构理论研究
• 4.4.1 弧形锥孔微穿孔板吸声结构基本理论
• 4.4.2 弧形锥孔微穿孔板吸声结构吸声特性数值仿真
• 4.4.3 基于高速列车车内声场特性的弧形锥孔微穿孔板吸声结构优化选择
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及主要科研成果
• 致谢