CN107862141B - 一种轨道车辆低噪声正向设计方法 - Google Patents

一种轨道车辆低噪声正向设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种轨道车辆低噪声正向设计方法，其包括以下步骤：S1、确定轨道车辆的整车噪声设计目标；S2、根据整车噪声设计目标对轨道车辆各部件的声学指标进行分解；S3、根据分解的声学指标进行声学仿真；S4、对轨道车辆的各个部件进行声学试验，并通过对比声学仿真结果得到轨道车辆各个部件的优选参数；S5、根据轨道车辆各个部件的优选参数，进行整车噪声仿真分析；S6、根据整车噪声仿真分析结果，更新轨道车辆部件的声学指标，实现轨道车辆低噪声的正向设计。本发明实现噪声问题在轨道车辆生产制造过程中的可设计性、以及最终噪声结果的可预知性，避免了噪声问题的逆向处理，提高减振降噪效果，并且节约人力、物力。

Description

一种轨道车辆低噪声正向设计方法
技术领域
本发明涉及轨道车辆领域，具体涉及一种轨道车辆低噪声正向设计方法。
背景技术
近期，国内媒体在介绍中国的对外关系时，频繁出现一个关键词——“高铁外交”。但是，随着列车运行速度的不断提高，高速列车的噪声问题越发突出，并将成为制约高速铁路绿色环保、可持续发展的关键因素。因此，亟须发展一种轨道车辆的车体低噪声正向设计方法。
针对高速列车的噪声问题，现有的方案多为后期治理。即在高速列车设计制造时，并未系统考虑声学设计，而是在制造完成之后、甚至上线运营之后才发现噪声问题，再组织人力、物力去测试分析，做一些减振降噪工作。这其中存在两点关键问题：第一，在高速列车设计制造时，没有根据噪声目标进行相应的声学设计，例如车体结构的声学优化，以及吸声、隔声、阻尼材料的选用，这会使得生产制造出来的高速列车在噪声性能方面变得“不可预知”；第二，在制造完成之后、甚至上线运营之后再开展减振降噪工作，一方面由于车体结构已经很难改动，制约减振降噪工作的效果，另一方面也必然会增加大量的人力、物力的投入。
因此，根据高速列车的噪声要求，对车体进行低噪声正向设计意义重大。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种轨道车辆低噪声正向设计方法解决了轨道车辆后期难以进行减振降噪工作的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
提供一种轨道车辆低噪声正向设计方法，其包括以下步骤：
S1、确定轨道车辆的整车噪声设计目标；
S2、根据整车噪声设计目标对轨道车辆各部件的声学指标进行分解；
S3、根据分解的声学指标进行声学仿真；
S4、对轨道车辆的各个部件进行声学试验，并通过对比声学仿真结果得到轨道车辆各个部件的优选参数；
S5、根据轨道车辆各个部件的优选参数，进行整车噪声仿真分析；
S6、根据整车噪声仿真分析结果，更新轨道车辆部件的声学指标，实现轨道车辆低噪声的正向设计。
进一步地，在步骤S6之后还包括步骤：
S7、根据行业标准开展轨道车辆整车线路噪声试验，获取整车实际噪音；
S8、根据整车实际噪音对轨道车辆各部件的声学指标分解进行更新，并建立轨道车辆的噪声数据库及声学设计平台。
进一步地，实现步骤S1的方法为：
获取现有轨道车辆的噪声特性，对比噪声设计目标并确定噪声控制或放宽的量值、相应的噪声区域和频谱。
进一步地，实现步骤S2的方法为：
通过统计能量分析方法和VA One工具建立轨道车辆车内噪声计算模型，通过几何声线法和Virtual.Lab工具建立轨道车辆车外噪声计算模型，将既有轨道车辆的噪声试验结果作为约束参数输入车内噪声计算模型和车外噪声计算模型，改变模型的各个部件参数，实现对轨道车辆各部件的声学指标进行分解；模型的各个部件参数包括轮轨噪声、车体外形气动噪声、设备噪声、车体隔音参数、车体吸声参数和车体阻尼参数。
进一步地，实现步骤S3的方法包括：
根据有限元-边界元方法和Virtual.Lab工具建立轮轨噪声预测模型，实现对车轮部件的声学仿真并得到车轮部件的声学仿真频率；
根据STAR-CCM+工具建立车体气动噪声预测模型，实现对车体外形的气动声学仿真并得到车体外形的气动声学仿真频率；
根据混合有限元-统计能量分析方法建立车体复合材料的噪声预测模型，并通过选取不同的隔声材料、吸声材料和阻尼材料得到车体隔音仿真频率、车体吸声仿真频率和车体阻尼仿真频率；
进一步地，实现步骤S4的方法包括：
使用落球法测试不同车轮方案的辐射声功率，通过对比车轮部件的声学仿真频率特性，优选车轮参数，得到轮轨载荷激励；
使用比例模型进行风洞试验，测试不同外形车体的气动噪声，通过对比车体外形的气动声学仿真频率特性，优选车体外形参数，得到车体载荷激励；
使用双混响室法测试不同车体复合材料结构的隔音量，通过对比车体隔音仿真频率特性，优选车体隔声参数；
通过混响室-半消声室法测试不同车体复合材料结构的辐射声功率，通过对比车体吸声仿真频率和车体阻尼仿真频率特性，优选车体隔振参数。
进一步地，实现步骤S5的方法为：
将轮轨载荷激励、车体载荷激励、车体隔声参数和车体隔振参数代入车内噪声计算模型和车外噪声计算模型中，评估各项噪声指标是否达到设计要求，实现对整车噪声的仿真分析。
进一步地，实现步骤S6的方法为：
根据超出阈值的仿真结果对应调整该部件的声学指标直至符合阈值要求，完成声学指标的更新，实现轨道车辆低噪声的正向设计。
进一步地，实现步骤S7的方法为：
根据ISO3381和ISO3095标准，在轨道车辆的每节车厢客室中轴线上且距离内地板1.2m的高度设置5～7个麦克风；在车外距离轨道中心线7.5m且距离钢轨顶面1.2m和3.5m高度处分别设置麦克风；在距离轨道中心线25m远且距离钢轨顶面3.5m高度处设置麦克风，获取整车实际噪音。
进一步地，实现步骤S8的方法为：对比整车实际噪音和仿真噪音，调整更新声学指标的分解，并将数据保存且作为车辆的噪声正向设计参考数据，建立轨道车辆的噪声数据库及声学设计平台。
本发明的有益效果为：本发明解决了现有的逆向减振降噪技术带来的耗时、耗力、且效果不理想的问题。本发明在高速列车(轨道车辆)设计初期，根据噪声限值要求，制定声学设计方案：从部件级着手，将整车噪声限值指标分配到每个部件上，并对车体部件进行声学仿真及实验室试验；然后将车体部件声学结果应用到整车上，通过整车噪声仿真分析，预测和优化车辆噪声，评估是否满足限值要求；最后，通过高速列车噪声线路试验进行最终评价，实现噪声问题在高速列车生产制造过程中的“可设计性”、以及最终噪声结果的“可预知性”。
附图说明
图1为本发明的流程框图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，该轨道车辆低噪声正向设计方法包括以下步骤：
S1、确定轨道车辆的整车噪声设计目标；
S2、根据整车噪声设计目标对轨道车辆各部件的声学指标进行分解；
S3、根据分解的声学指标进行声学仿真；
S4、对轨道车辆的各个部件进行声学试验，并通过对比声学仿真结果得到轨道车辆各个部件的优选参数；
S5、根据轨道车辆各个部件的优选参数，进行整车噪声仿真分析；
S6、根据整车噪声仿真分析结果，更新轨道车辆部件的声学指标，实现轨道车辆低噪声的正向设计；
S7、根据行业标准开展轨道车辆整车线路噪声试验，获取整车实际噪音；
S8、根据整车实际噪音对轨道车辆各部件的声学指标分解进行更新，并建立轨道车辆的噪声数据库及声学设计平台。
实现步骤S1的方法为：
获取现有轨道车辆的噪声特性，对比噪声设计目标并确定噪声控制或放宽的量值、相应的噪声区域和频谱。
实现步骤S2的方法为：
通过统计能量分析方法和VA One工具建立轨道车辆车内噪声计算模型，通过几何声线法和Virtual.Lab工具建立轨道车辆车外噪声计算模型，将既有轨道车辆的噪声试验结果作为约束参数输入车内噪声计算模型和车外噪声计算模型，改变模型的各个部件参数，实现对轨道车辆各部件的声学指标进行分解；模型的各个部件参数包括轮轨噪声、车体外形气动噪声、设备噪声、车体隔音参数、车体吸声参数和车体阻尼参数。
实现步骤S3的方法包括：
根据有限元-边界元方法和Virtual.Lab工具建立轮轨噪声预测模型，实现对车轮部件的声学仿真并得到车轮部件的声学仿真频率；
根据STAR-CCM+工具建立车体气动噪声预测模型，实现对车体外形的气动声学仿真并得到车体外形的气动声学仿真频率；
根据混合有限元-统计能量分析方法建立车体复合材料的噪声预测模型，并通过选取不同的隔声材料、吸声材料和阻尼材料得到车体隔音仿真频率、车体吸声仿真频率和车体阻尼仿真频率；
实现步骤S4的方法包括：
使用落球法测试不同车轮方案的辐射声功率，通过对比车轮部件的声学仿真频率特性，优选车轮参数，得到轮轨载荷激励；
使用比例模型进行风洞试验，测试不同外形车体的气动噪声，通过对比车体外形的气动声学仿真频率特性，优选车体外形参数，得到车体载荷激励；
使用双混响室法测试不同车体复合材料结构的隔音量，通过对比车体隔音仿真频率特性，优选车体隔声参数；
通过混响室-半消声室法测试不同车体复合材料结构的辐射声功率，通过对比车体吸声仿真频率和车体阻尼仿真频率特性，优选车体隔振参数。
实现步骤S5的方法为：
将轮轨载荷激励、车体载荷激励、车体隔声参数和车体隔振参数代入车内噪声计算模型和车外噪声计算模型中，评估各项噪声指标是否达到设计要求，实现对整车噪声的仿真分析。
实现步骤S6的方法为：
根据超出阈值的仿真结果对应调整该部件的声学指标直至符合阈值要求，完成声学指标的更新，实现轨道车辆低噪声的正向设计。
实现步骤S7的方法为：
根据ISO3381和ISO3095标准，在轨道车辆的每节车厢客室中轴线上且距离内地板1.2m的高度设置5～7个麦克风；在车外距离轨道中心线7.5m且距离钢轨顶面1.2m和3.5m高度处分别设置麦克风；在距离轨道中心线25m远且距离钢轨顶面3.5m高度处设置麦克风，获取整车实际噪音。
实现步骤S8的方法为：对比整车实际噪音和仿真噪音，调整更新声学指标的分解，并将数据保存且作为车辆的噪声正向设计参考数据，建立轨道车辆的噪声数据库及声学设计平台。
在本发明的一个实施例中，对于设备噪声，可以根据供应商提交的检测报告，对比其频率特性，优选设备参数(方案)。仿真分析方法可以采用统一能量分析法、有限元法、边界元法、混合有限元-统计能量分析法等，工具可以采用的有VA One、SEA+、Virtual.Lab、ANSYS等软件。声音的功率测试可以采用落球法、激振法、锤击法等，隔声测试可以是双混响室法、混响室-半消声室法等。
综上所述，本发明通过声学闭环设计，实现噪声问题在高速列车(轨道车辆)生产制造过程中的“可设计性”、以及最终噪声结果的“可预知性”。通过建立车辆噪声数据库及声学设计平台，避免噪声问题的逆向处理，提高减振降噪效果，并且节约人力、物力。

Claims (4)

1.一种轨道车辆低噪声正向设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、确定轨道车辆的整车噪声设计目标；
S2、根据整车噪声设计目标对轨道车辆各部件的声学指标进行分解；
S3、根据分解的声学指标进行声学仿真；
S4、对轨道车辆的各个部件进行声学试验，并通过对比声学仿真结果得到轨道车辆各个部件的优选参数；
S5、根据轨道车辆各个部件的优选参数，进行整车噪声仿真分析；
S6、根据整车噪声仿真分析结果，更新轨道车辆部件的声学指标，实现轨道车辆低噪声的正向设计；
S7、根据行业标准开展轨道车辆整车线路噪声试验，获取整车实际噪音；
S8、根据整车实际噪音对轨道车辆各部件的声学指标分解进行更新，并建立轨道车辆的噪声数据库及声学设计平台；
实现步骤S1的方法为：
获取现有轨道车辆的噪声特性，对比噪声设计目标并确定噪声控制或放宽的量值、相应的噪声区域和频谱；
实现步骤S2的方法为：
通过统计能量分析方法和VA One工具建立轨道车辆车内噪声计算模型，通过几何声线法和Virtual.Lab工具建立轨道车辆车外噪声计算模型，将既有轨道车辆的噪声试验结果作为约束参数输入车内噪声计算模型和车外噪声计算模型，改变模型的各个部件参数，实现对轨道车辆各部件的声学指标进行分解；模型的各个部件参数包括轮轨噪声、车体外形气动噪声、设备噪声、车体隔音参数、车体吸声参数和车体阻尼参数；
实现步骤S3的方法包括：
根据有限元-边界元方法和Virtual.Lab工具建立轮轨噪声预测模型，实现对车轮部件的声学仿真并得到车轮部件的声学仿真频率；
根据STAR-CCM+工具建立车体气动噪声预测模型，实现对车体外形的气动声学仿真并得到车体外形的气动声学仿真频率；
根据混合有限元-统计能量分析方法建立车体复合材料的噪声预测模型，并通过选取不同的隔声材料、吸声材料和阻尼材料得到车体隔音仿真频率、车体吸声仿真频率和车体阻尼仿真频率；
实现步骤S4的方法包括：
使用落球法测试不同车轮方案的辐射声功率，通过对比车轮部件的声学仿真频率特性，优选车轮参数，得到轮轨载荷激励；
使用比例模型进行风洞试验，测试不同外形车体的气动噪声，通过对比车体外形的气动声学仿真频率特性，优选车体外形参数，得到车体载荷激励；
使用双混响室法测试不同车体复合材料结构的隔音量，通过对比车体隔音仿真频率特性，优选车体隔声参数；
通过混响室-半消声室法测试不同车体复合材料结构的辐射声功率，通过对比车体吸声仿真频率和车体阻尼仿真频率特性，优选车体隔振参数；
实现步骤S5的方法为：
将轮轨载荷激励、车体载荷激励、车体隔声参数和车体隔振参数代入车内噪声计算模型和车外噪声计算模型中，评估各项噪声指标是否达到设计要求，实现对整车噪声的仿真分析。
2.根据权利要求1所述的轨道车辆低噪声正向设计方法，其特征在于：实现步骤S6的方法为：
根据超出阈值的仿真结果对应调整该部件的声学指标直至符合阈值要求，完成声学指标的更新，实现轨道车辆低噪声的正向设计。
3.根据权利要求2所述的轨道车辆低噪声正向设计方法，其特征在于：实现步骤S7的方法为：
根据ISO3381和ISO3095标准，在轨道车辆的每节车厢客室中轴线上且距离内地板1.2m的高度设置5～7个麦克风；在车外距离轨道中心线7.5m且距离钢轨顶面1.2m和3.5m高度处分别设置麦克风；在距离轨道中心线25m远且距离钢轨顶面3.5m高度处设置麦克风，获取整车实际噪音。
4.根据权利要求3所述的轨道车辆低噪声正向设计方法，其特征在于：实现步骤S8的方法为：对比整车实际噪音和仿真噪音，调整更新声学指标的分解，并将数据保存且作为车辆的噪声正向设计参考数据，建立轨道车辆的噪声数据库及声学设计平台。
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