(SCI论文)高速列车转向架部位气动噪声数值模拟及降噪研究
高速列车转向架区域车内噪声控制及优化设计
第40卷第4期2020年8月振动㊁测试与诊断J o u r n a l o fV i b r a t i o n,M e a s u r e m e n t&D i a g n o s i sV o l.40N o.4A u g.2020D O I:10.16450/j.c n k i.i s s n.1004-6801.2020.04.018高速列车转向架区域车内噪声控制及优化设计*高阳1,2,谢素明1,李朝威1,滕万秀2,张捷3(1.大连交通大学机械工程学院大连,116028)(2.中车长春轨道客车股份有限公司长春,130062)(3.西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都,610031)摘要高速列车的转向架区域上方为车内噪声最显著位置,采用试验分析和仿真预测相结合的方法,根据 声源-路径-响应 的车内噪声机理,研究了转向架区域上方的车内声振特性㊁转向架区域地板的结构优化以及转向架区域车内噪声预测㊂研究发现,转向架区域上方车内噪声在500~800H z频率区段存在显著峰值㊂其中,500H z以上主要来自于空气传声路径,200H z以下主要来自于结构传声路径㊂车内噪声与地板的隔声量呈负相关,与地板的振动加速度级呈正相关㊂随着地板的隔声量不断增大或者加速度级不断降低,其对车内噪声的影响呈逐渐变小的趋势㊂该研究成果可为高速列车车内噪声控制提供参考和依据㊂关键词高速列车;转向架;车内噪声;结构优化;隔声;振动中图分类号 U270.1+6引言高速列车的车内噪声影响司乘人员的乘车舒适性,是制约高速铁路绿色环保㊁可持续发展的关键科学问题[1-2]㊂大量研究结果表明[3-5],转向架区域㊁受电弓区域㊁车间连接区域以及车头区域等是对应车内噪声最显著的位置㊂掌握上述区域的声振特性,从声源或传递路径的角度进行控制研究,对于降低高速列车的车内噪声具有重要意义㊂S o e t a等[4]通过测试不同的列车类型,研究了轮轨摩擦㊁电机和齿轮箱对车辆噪声特性的影响㊂结果表明,高速列车的车内噪声在250H z以下的频率成分更为明显,具有显著的中低频特性㊂张捷等[6]研究了高速列车客室端部的噪声分布特性,并计算车内声学模态,发现车内客室端部异常噪声分布的激励源来自于列车250k m/h运行时的过枕垮频率,形成原因是车内声学模态与结构模态的耦合共振㊂郭建强等[7]分析了高速列车受电弓区域的噪声和振动特性,设计了一种锥形椭圆结构减振座,研究了减振支座的降噪效果㊂王金田等[8]针对高速列车车间连接处的车内噪声问题,测试并识别了该区域的主要噪声源㊂研究结果表明,高速列车的风挡结构不仅存在隔声不足的问题,还存在较显著的结构振动声辐射㊂可见,针对高速列车不同位置的车内噪声研究已有很多,为车内减振降噪技术提供了科学依据㊂但对于高速列车车内噪声最关键的位置 转向架区域上方仍缺乏系统的研究,包括转向架区域上方的车内声振特性㊁转向架区域地板的结构优化以及转向架区域车内噪声的预测分析等㊂笔者采用试验分析和仿真预测相结合的方法,根据 声源-路径-响应 的车内噪声机理,针对高速列车转向架区域车内噪声控制及结构优化设计开展研究㊂1转向架区域车内声振特性分析1.1振动噪声试验及测点布置高速列车转向架区域车内振动噪声试验在国内某高架线路上开展㊂列车为8节编组,测试车厢为一节中间车,图1为转向架区域车内振动噪声测点布置图㊂在车内客室端部距离内地板表面垂直1.2m高处布置一个麦克风,在麦克风下方的内地板表面布置一个垂向加速度计;在转向架区域中心位置布置一个麦克风,在转向架的轴箱㊁构架㊁车体外地板分别布置一个垂向加速度计㊂当高速列车以300k m/h匀速运行时开始采集*中国铁路总公司科技研究开发计划资助项目(2015J009-B)收稿日期:2019-05-08;修回日期:2019-07-12图1 转向架区域车内振动噪声测点布置F i g .1 T h em e a s u r e m e n t po i n t s o f s o u n d a n d v i b r a t i o n i n b o gi e a r e a 数据,采集时长约为30s㊂其中,噪声的采样频率为32768H z ,加速度的采样频率为8192H z ㊂1.2 车内声振特性图2为转向架区域上方车内声振特性频谱㊂可见,车内噪声在500~800H z 频率区段存在显著峰值,典型的峰值频率为549,577,606和637H z ,频率间隔约为29H z㊂这和车轮非圆化的阶次激励频率相关,分别对应于车轮19~22阶多边形[9-10]㊂因此,转向架区域上方车内噪声和轮轨系统的振动噪声关系密切㊂进一步,车内地板振动的频谱分布规律和客室前噪声基本一致,特别是局部峰值(包括577和637H z),说明结构振动传递对于车内噪声有重要贡献,同时也具有频率上的差异㊂图2 车内声振特性频谱F i g .2 T h e s pe c t r u mof i n t e r i o r n o i s e a n dv i b r a t i o n 1.3 转向架区域声振特性图3为转向架区域声振特性频谱㊂可见,在0~1000H z范围内,转向架区域噪声水平整体上随着频率的提高而提高㊂特别的,在500~800H z 频率区段存在约29H z 的频率间隔,峰值频率包括577,606和637H z 等;轴箱㊁构架及车体外地板的振动加速度逐级衰减㊂在0~1000H z 范围内,从轴箱传递到构架,加速度平均衰减了约1.1m /s2;从构架传递到车体外地板,加速度平均衰减了约0.1m /s 2㊂轴箱㊁构架及车体外地板的振动加速度均在549,577,606和637H z 存在峰值,与车内振动噪声峰值存在对应关系㊂图3 转向架区域声振特性频谱F i g .3 T h e s p e c t r u mo f n o i s e a n dv i b r a t i o n i nb o gi e a r e a 转向架区域振动噪声传递到车内主要有空气传声路径和结构传声路径㊂其中:空气传声路径是指转向架区域噪声通过车体隔声传递至车内;结构传声路径是指转向架区域振动通过结构振动传递至车内㊂为了进一步研究转向架区域到车内的振动噪声传递特性,分别将转向架区域噪声和车内噪声㊁转向架区域外地板振动和车内地板振动的频谱进行对比分析㊂1.4 振动噪声传递特性图4为噪声传递特性频谱㊂可以看出,在0~1000H z范围内,转向架区域噪声水平整体上随着频率的提高而提高,但客室前的噪声水平则基本不随频率变化㊂这是因为地板以及其他车体结构的隔声量基本是随着频率的提高而增加(质量定律),这使中高频噪声相对于低频噪声不容易传入车内㊂总体上,车内噪声为中低频显著,但在500H z 以上的频率峰值和转向架区域噪声吻合度更高,特别是车轮非圆化激励频率㊂图5为振动传递特性频谱㊂可以看出,在0~1000H z范围内,车内地板振动加速度峰值和车体外地板振动加速度峰值呈较强对应关系,特别是在257振 动㊁测 试 与 诊 断第40卷图4 噪声传递特性频谱F i g .4 T h e s pe c t r u mof n o i s e t r a n s f e r c h a r a c t e r i s t i c s 400H z 以上的频率㊂总体上,在300H z 以上频率,车体外地板传递到车内地板的振动均有较好的衰减,但在300H z 以下,特别是在200H z 以下,车体外地板的振动基本直接传递到了车内地板㊂因此,低频结构传声作用明显㊂图5 振动传递特性频谱F i g .5 T h e s pe c t r u mof v i b r a t i o n t r a n s f e r c h a r a c t e r i s t i c s 通过转向架区域车内声振特性分析发现,车内噪声较为突出的频段是500~800H z ,对上述频段内的峰值频率进行控制能够有效降低车内噪声㊂2 转向架区域地板结构优化设计控制高速列车转向架区域上方的车内噪声,一方面要考虑控制该区域的噪声源,另一方面则要控制噪声的传递路径㊂根据前文分析可知,车内噪声的主要激励来自于转向架区域的噪声和振动,但不同频率噪声的传递路径是不一样的㊂只有针对性进行优化设计才能取得预期的效果㊂由于高速列车的噪声源控制措施相对于传递路径较难实施,因此下面将主要从空气传声路径(地板的隔声设计)和结构传声路径(地板的隔振设计)来研究转向架区域地板的结构优化㊂2.1 地板的隔声设计高速列车地板复合结构由车外一侧至车内一侧,一般由铝型材㊁弹性支撑㊁木骨㊁隔振垫㊁吸声材料㊁隔声材料和内地板等组成,如图6所示㊂图6 地板复合结构组成F i g .6 C o m po s i t i o no f t h e f l o o r 地板的隔声设计除了对铝型材进行结构优化设计外,更多是研究隔声材料㊁吸声材料的优选和安装㊂针对4种隔声设计方案进行试验对比研究,分别为:方案1在内地板下方铺设厚度为0.8mm 隔声材料;方案2在内地板下方铺设厚度为5mm 隔声材料;方案3在方案2的基础上增加一层厚度为0.8m m 隔声材料;方案4将方案2更换为面密度更高(由6k g /m 2变为10k g /m 2)的5m m 隔声材料㊂在声学实验室中根据标准[11],采用双混响室法测试不同地板方案的隔声量㊂对于不同地板方案的隔声量评价,除了使用计权隔声量之外,定义试件单位质量下的隔声效率为R e =R wm(1)其中:R w 为试件的计权隔声量;m 为试件单位面积的质量㊂图7为地板4种隔声设计方案的结果㊂可见,方案1~4随着隔声材料厚度(质量)的增加,地板的计权隔声量逐渐提高,特别是方案4,相对于方案1~3,计权隔声量提高明显,这与方案4的隔声材料质量显著增加有关㊂虽然方案1~4的计权隔声量逐渐提高,但隔声效率却逐渐降低㊂这说明质量提高后,试件的隔声性能并未得到除了质量因素以外的有效改善,地板的隔声设计还需要从新结构㊁新材料上寻求突破㊂2.2 地板的隔振设计地板的隔振设计主要考虑外地板(铝型材)和内357 第4期高 阳,等:高速列车转向架区域车内噪声控制及优化设计图7地板4种隔声设计方案F i g.7 S o u n d i n s u l a t i o nd e s i g no f t h e f l o o r地板(层合板)之间的连接,即木骨和减振垫㊂针对减振垫的不同高度㊁弹性模量及阻尼系数,基于地板结构的有限元与统计能量混合计算模型,计算减振垫参数变化对地板振动声辐射的影响㊂图8为地板振动声辐射预测模型[12]㊂地板结构在车体横向方向上按实际长度进行离散,采用简支约束模拟其与侧墙之间的连接;在纵向方向上拉伸3m,采用自由边界考虑长度方向上的延伸㊂在地板结构的下方即铝型材面向车外的一侧,随机布置10个激励力作为系统的振动输入㊂激励力的谱形式为上限截止频率1k H z的白噪声㊂图8地板振动声辐射预测模型F i g.8 V i b r a t i o n i s o l a t i o nd e s i g no f t h e f l o o r图9为减振垫的不同高度㊁弹性模量及阻尼系数对地板振动声辐射的影响㊂名义变化量x1~x5对应的高度依次为8,9,10,11和12m m,对应的弹性模量依次为9.9,8.25,6.6,4.95和3.3M P a,对应的阻尼系数依次为基准阻尼系数的50%,75%,100%,125%和150%㊂基准的高度和弹性模量分别为12m m和3.3M P a㊂图10为减振垫的阻尼系数㊂由图9可见,随着减振垫高度的增加㊁弹性模量的降低以及阻尼系数的增加,地板的辐射声功率呈降低趋势㊂因此,在综合考虑车辆整体性能以及材料可选性的基础上,可适当提高减振垫的高度㊁降低其弹性模量以及提高其阻尼系数㊂图9地板振动声辐射影响F i g.9 S o u n d r a d i a t i o no f t h e f l o o r图10阻尼系数F i g.10 D a m p i n g l o s s f a c t o r3转向架区域车内噪声预测分析3.1车内噪声建模及验证基于统计能量分析方法[13],在声学仿真软件V A O n e中建立高速列车转向架区域车内噪声仿真模型,根据车体复杂结构耦合系统的自然几何边界㊁材料介质特性等子系统划分原则和方法[14],对转向架区域车体结构进行子系统划分,如图11所示㊂图12为高速列车车内噪声预测模型使用的振图11转向架区域上方车内噪声仿真模型F i g.11 P r e d i c t i o n m o d e l o f t h e i n t e r i o rn o i s e a b o v eb o-g i e a r e a457振动㊁测试与诊断第40卷图12 振动噪声激励输入F i g .12 S o u r c e i n pu t s o f s o u n da n dv i b r a t i o n 动噪声激励输入,包括线路测试得到的声源激励(转向架区域噪声和车身表面噪声等)以及振动激励(地板振动㊁侧墙振动和顶板振动等),加速度级的参考值为1m /s2㊂上述激励均使用多组测试结果的平均值㊂其中,空气声源使用散射声场(d i f f u s e a c o u s t i c f i e l d ,简称D A F )加载于车体外声腔子系统上,结构振动使用约束加载于车体结构子系统上㊂考虑车体关键部位的隔声特性,包括地板㊁侧墙㊁顶板㊁车门和车窗等,对转向架区域上方的车内噪声进行预测㊂图13为前转向架区域上方(客室前)和后转向架区域上方(客室后)车内噪声试验结果和预测结果的频谱㊂图13 车内噪声试验结果和预测结果频谱F i g .13 S p e c t r u mo f t h em e a s u r e m e n t a n d p r e d i c t i o n r e -s u l t s o f i n t e r i o r n o i s e由图13可见,客室前和客室后的车内噪声预测和试验结果在频谱分布上以负偏差为主,特别是客室后㊂这可能是因为客室后还存在受电弓振动噪声激励,虽然模型中也考虑了此激励的作用,但是当声源变多之后,其耦合作用越发复杂,计算结果出现的误差也就越明显㊂总体上,客室前的车内噪声预测结果和试验结果在频率分布上的平均差值为0.7d B (A ),客室后的车内噪声预测结果和试验结果在频率分布上的平均差值为-2.6d B (A )㊂在总声压级方面,客室前的车内噪声预测结果和试验结果相差0.1d B (A ),客室后的车内噪声预测结果和试验结果相差-2.1d B (A )㊂无论是频谱还是总值,预测结果和试验结果的差值均小于3d B (A )㊂可见,仿真模型是可靠的,具有较好的仿真精度㊂针对高速列车转向架区域到车内的噪声传递路径,基于车内噪声预测模型,从地板的隔声参数和隔振参数两方面研究其对车内噪声的影响㊂3.2 地板的隔声参数影响将转向架区域地板的隔声量进行全频段上限平移ʃ5d B ㊁步长1d B 的灵敏度分析㊂图14为地板隔声量变化对车内噪声的影响㊂可见,随着地板隔声量的提高,车内噪声逐渐降低,两者呈负相关㊂当地板隔声量降低5d B 时,客室前和客室后噪声分别提高1.9d B (A )和1.5d B (A )㊂当地板隔声量提高5d B 时,客室前和客室后噪声分别降低0.9d B (A )和0.7d B (A )㊂随着地板的隔声量不断增大,其对于车内噪声的影响逐渐变小,这主要是受到了地板初始隔声量的影响㊂当地板初始隔声量越高,继续提高其隔声水平对车内噪声的控制效果就越小,此时应该关注声源或振动路径的控制,以期提高车内减振降噪效率㊂图14 地板隔声量变化对车内噪声的影响F i g .14 T h e i n f l u e n c e o f t h e c h a n g eo f f l o o r s o u n d i n s u -l a t i o no n t h e i n t e r i o r n o i s e式(2)~(3)分别为客室前和客室后噪声随地板隔声量变化的拟合曲线y1=0.0205x 2-0.2764x +69.5(2)y2=0.0173x 2-0.2127x +72.3(3)557 第4期高 阳,等:高速列车转向架区域车内噪声控制及优化设计其中:y 1和y 2分别为客室前和客室后的噪声;x 为地板隔声量的变化量㊂可以看出,客室前噪声对于地板隔声量的变化率略高于客室后,但总体上两者差异很小㊂这主要是由于客室前和客室后均位于转向架上方,客室后更靠近车厢端部,以及车间连接处的传声路径影响㊂3.3 地板的隔振参数影响将转向架区域地板的振动加速度级进行全频段上限平移ʃ5d B ㊁步长1d B 的灵敏度分析㊂图15为地板振动加速度级变化对车内噪声的影响规律㊂可见,随着地板振动的提高,车内噪声逐渐提高,两者呈正相关㊂当地板振动降低5d B 时,客室前和客室后噪声分别降低0.5d B (A )和0.3d B (A )㊂当地板振动提高5d B 时,客室前和客室后噪声分别提高1.2d B (A )和0.7d B (A )㊂类似的,随着地板的加速度级不断降低,其对于车内噪声的影响逐渐变小,且地板的振动相对于地板的隔声,对于车内噪声的影响略低㊂因此,在结合地板的隔声和振动优化设计时,有必要优先考虑隔声设计㊂图15 地板振动加速度级变化对车内噪声的影响F i g .15 T h e i n f l u e n c e o f t h e c h a n ge of f l o o r v i b r a t i o no n t h e i n t e r i o r n o i s e式(4)~(5)分别为客室前和客室后噪声随地板振动加速度级变化的拟合曲线y1=0.0159x 2+0.1691x +69.5(4)y2=0.0083x 2+0.0973x +72.3(5)其中:y 1和y 2分别为客室前和客室后的噪声;x 为地板振动加速度级的变化量㊂与地板的隔声参数影响类似,客室前噪声对于地板振动加速度级的变化率略高于客室后,总体上两者依旧差异很小㊂4 结 论1)转向架区域上方车内噪声在500~800H z频率区段存在显著峰值㊂其中:500H z 以上的频率峰值主要来自于空气传声路径;200H z 以下的频率峰值主要来自于结构传声路径;而在200~500H z频率区段,两种路径共同作用,较难区分㊂2)增加隔声材料的质量可以提高地板的隔声量,但是其隔声效率却有所降低㊂因此,对于地板的隔声设计还需要从新结构㊁新材料上寻求突破㊂3)随着地板中间减振垫高度的增加㊁弹性模量的降低以及阻尼系数的增加,地板的辐射声功率呈降低趋势㊂4)地板的隔声量与车内噪声呈负相关㊂随着地板的隔声量不断增大,其对于车内噪声的影响逐渐变小,主要是受到了地板初始隔声量的影响㊂5)地板的振动加速度级与车内噪声呈正相关㊂随着地板的加速度级不断降低,其对于车内噪声的影响逐渐变小㊂6)对于不同的车辆系统,其结构对于声源和路径特性有很大的影响,所得规律不尽相同,但本研究方法和结果可作为一般性参考㊂参 考 文 献[1] 杨国伟,魏宇杰,赵桂林,等.高速列车的关键力学问题[J ].力学进展,2015,45:201507.Y A N G G u o w e i ,W E IY u j i e ,Z HA O G u i l i n ,e t a l .R e -s e a r c h p r o g r e s so nt h e m e c h a n i c so fh i g hs pe e dr a i l s [J ].A d v a n c e s i n M e c h a n i c s ,2015,45:201507.(i nC h i n e s e)[2] J I N XS .K e yp r o b l e m s f a c e d i nh i g h -s p e e d t r a i no p e r -a t i o n [J ].J o u r n a lo fZ h e j i a n g U n i v e r s i t y -S c i e n c e A (A p p l i e d P h y s i c s &E n g i n e e r i n g ),2014,15(12):936-945.[3] HA R D Y A EJ .R a i l w a yp a s s e n ge r sa n dn o i s e [J ].P r o c e e d i n g s of t h e I n s t i t u t i o no fM e c h a n i c a lE ng i n e e r s P a r tF :J o u r n a l o fR a i l a n dR a p i dT r a n s i t ,1999,213(3):173-180.[4] S O E T A Y ,S H I MO K U R AR.S u r v e y of i n t e r i o r n o i s e c h a r a c t e r i s t i c s i nv a r i o u s t y p e so f t r a i n s [J ].A p p l i e d A c o u s t i c s ,2013,74(10):1160-1166.[5] Z HA N GJ ,X I A O XB ,S H E N G XZ ,e t a l .C h a r a c -t e r i s t i c s o f i n t e r i o rn o i s eo f aC h i n e s eh i g h -s p e e dt r a i n 657振 动㊁测 试 与 诊 断第40卷u n d e r a v a r i e t y o f c o n d i t i o n s[J].J o u r n a l o fZ h e j i a n gU n i v e r s i t y-S c i e n c eA,2017,18(8):617-630. 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yi nh i g h-s p e e d t r a i n s[J].N o i s e a n dV i b r a t i o nC o n t r o l,2014,34(6):97-101.(i nC h i n e s e)[9]金学松,吴越,梁树林,等.车轮非圆化磨耗问题研究进展[J].西南交通大学学报,2018,53(1):1-14.J I N X u e s o n g,WU Y u e,L I A N GS h u l i n,e t a l.M e c h-a n i s m sa n dc o u n t e r m e a s u r e so f o u t-o f-r o u n d n e s sw e a ro nr a i l w a y v e h i c l e w h e e l s[J].J o u r n a lo fS o u t h w e s t J i a o t o n g U n i v e r s i t y,2018,53(1):1-14.(i nC h i n e s e) [10]韩光旭,张捷,肖新标,等.高速动车组车内异常振动噪声特性与车轮非圆化关系研究[J].机械工程学报,2014,50(22):113-121.HA N G u a n g x u,Z HA N GJ i e,X I A O X i n b i a o,e ta l.S t u d y o nh i g h-s p e e dt r a i na b n o r m a l i n t e r i o rv i b r a t i o na n dn o i s er e l a t e dt o w h e e l r o u g h n e s s[J].J o u r n a lo fM e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g,2014,50(22):113-121.(i nC h i n e s e)[11]I S O140 3.M e a s u r e m e n t o f s o u n d i n s u l a t i o n i nb u i l d i n g sa n do fb u i l d i n g e l e m e n t s-p a r t3:l a b o r a t o r ym e a s u r e m e n t s o f a i r b o r n e s o u n d i n s u l a t i o no fb u i l d i n ge l e m e n t s[S].[S.l.]:I n t e r n a t i o n a lO r g a n i z a t i o nf o rS t a n d a r d i z a t i o n,S w i t z e r l a n d,1995.[12]张捷.高速列车车内低噪声设计方法及试验研究[D].成都:西南交通大学,2018.[13]L Y O NR H,D E J O N GRG.T h e o r y a n d a p p l i c a t i o n o fs t a t i s t i c a l e n e r g y a n a l y s i s[M].L o n d o n:B u t t e r w o r t h-H e i n e m a n n,1995:109-253.[14]Z HA N GJ,X I A O XB,S H E N GXZ,e t a l.S E Aa n dc o n t r i b u t i o na n a l y s i s f o r i n t e r i o rn o i s eo f ah i g hs p e e dt r a i n[J].A p p l i e dA c o u s t i c s,2016,112:158-170.第一作者简介:高阳,男,1980年3月生,博士生㊁高级工程师㊂主要研究方向为铁路噪声与振动控制㊂曾发表‘高速列车头型近场与远场噪声预测“(‘同济大学学报(自然科学版)“2018年第47卷第1期)等论文㊂E-m a i l:c k_g y@126.c o m通信作者简介:张捷,男,1987年2月生,博士㊁助理研究员㊂主要研究方向为铁路噪声与振动控制㊂E-m a i l:z h.r e c e i v e@g m a i l.c o m757第4期高阳,等:高速列车转向架区域车内噪声控制及优化设计628J o u r n a l o fV i b r a t i o n,M e a s u r e m e n t&D i a g n o s i s V o l.40 20d B,w h i c hd i r e c t l y l e a d s t o t h e s i g n i f i c a n t d i s p e r s i o no f t h em e a s u r e dv i b r a t i o n s o u r c e i n t e n s i t y s a m p l e st h r o u g h o u t t h e d a y.K e y w o r d s m e t r o;i n-s i t u t e s t;e n v i r o n m e n t a l v i b r a t i o n;v i b r a t i o n s o u r c e;d i s p e r s i o n c h a r a c t e r i s t i c S t e e l S t r a n d sT e n s i o n I d e n t i f i c a t i o nU s i n g M u l t i-s c a l eE n e r g yE n t r o p y o fU l t r a s o n i cG u i d e d W a v e sC H E N X i n1,2,3,Z HUJ i n g s o n g1,Q I A NJ i4,Y EZ h o n g t a o2,3(1.S c h o o l o fC i v i l E n g i n e e r i n g,T i a n j i nU n i v e r s i t y T i a n j i n,300072,C h i n a)(2.C h i n aR a i l w a y B r i d g eS c i e n c eR e s e a r c h I n s t i t u t eL t d.W u h a n,430034,C h i n a)(3.S t a t eK e y L a b o r a t o r y o fB r i d g eS t r u c t u r eH e a l t ha n dS a f e t y W u h a n,430034,C h i n a)(4.S c h o o l o fC i v i l E n g i n e e r i n g,C h o n g q i n g J i a o t o n g U n i v e r s i t y C h o n g q i n g,400074,C h i n a)A b s t r a c t I no r d e r t o e f f e c t i v e l y e v a l u a t e t h e l o s s o f p r e-s t r e s s i n t h e i n-s e r v i c e s t e e l s t r a n d,a g u i d e dw a v e n o n d e s t r u c t i v e t e s t i n g m e t h o d f o r i d e n t i f y i n g t h e t e n s i l e f o r c eo f t h es t e e l s t r a n d i s p r o p o s e d.N u m e r i c a l s i m u l a t i o n s a n d e x p e r i m e n t s o f u l t r a s o n i c g u i d e dw a v e(U GW)p r o p a g a t i o n a r e c a r r i e d o u t o n s t e e l s t r a n d s w i t hd i f f e r e n t t e n s i o n s.T h em u l t i-s c a l e e n e r g y e n t r o p y o fU GW s i s u s e d a s t h e f e a t u r e v e c t o r t o c o n s t r u c t t e n s i o n i d e n t i f i c a t i o n i n d e x,a n d t h e i n f l u e n c e o f p r o p a g a t i o nd i s t a n c e a n da c q u i s i t i o nm e t h o d i s a n a l y z e d. T h e r e s u l t s s h o wt h a t t h em u l t i-s c a l e e n e r g y e n t r o p y o f g u i d e dw a v e sd i f f e r s s i g n i f i c a n t l y u n d e rd i f f e r e n t t e n s i l e f o r c e s.A no b v i o u s l i n e a r r e l a t i o n s h i p w h i c h i s l e s s a f f e c t e db yp r o p a g a t i o nd i s t a n c e a n d a c q u i s i t i o n m e t h o db e t w e e n t h e i d e n t i f i c a t i o n i n d e xa n dt e n s i o nc a nb e f o u n d.C o m p a r e dw i t ht h e f i n i t ee l e m e n t r e-s u l t s,t h em e a s u r e d p r o p a g a t i o nd i s t a n c e o f t h e i d e n t i f i c a t i o n i n d e x i n c r e a s e db y957.69%,a n d t h e s e n s i-t i v i t y c o e f f i c i e n t i n c r e a s e db y20.3%.T h es e n s i t i v i t y o f i d e n t i f i c a t i o ni n d e x g r o w sw i t ht h e i n c r e a s eo f p r o p a g a t i o nd i s t a n c e,b u t t h e g r o w t h r a t e i s o p p o s i t e.T h e a c q u i s i t i o nm e t h o d o f c e n t e rw i r e e x c i t a t i o n a n d c e n t e rw i r e r e c e i v i n g i sm o r e s e n s i t i v e t o t h e c h a n g e o f t e n s i o n.K e y w o r d s s t e e l s t r a n d;u l t r a s o n i c g u i d e dw a v e;t e n s i o n i d e n t i f i c a t i o n;m u l t i-s c a l e e n e r g y e n t r o p yI n t e r i o rN o i s eC o n t r o l a n dS t r u c t u r a lO p t i m u m D e s i g nO v e r t h eB o g i eA r e a o fH i g h-S p e e dT r a i nG A OY a n g1,2,X I ES u m i n g1,L IC h a o w e i1,T E N G W a n x i u2,Z HA N GJ i e3(1.S c h o o l o fM e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g,D a l i a n J i a o t o n g U n i v e r s i t y D a l i a n,116028,C h i n a)(2.C R R CC h a n g c h u nR a i l w a y V e h i c l e sC o.,L t d. C h a n g c h u n,130062,C h i n a)(3.S t a t eK e y L a b o r a t o r y o fT r a c t i o nP o w e r,S o u t h w e s t J i a o t o n g U n i v e r s i t y C h e n g d u,610031,C h i n a)A b s t r a c t T h et o p o f t h eb o g i ea r e ao fh i g h-s p e e dt r a i n s i st h e m o s td o m i n a n t p o s i t i o no f t h e i n t e r i o r n o i s e.U s i n g a c o m b i n a t i o no f e x p e r i m e n t a l a n a l y s i s a n ds i m u l a t i o n p r e d i c t i o n,t h e i n t e r i o rn o i s em e c h a-n i s ma b o v e t h eb o g i e a r e a i s s t u d i e db a s e do n t h e n o i s em e c h a n i s mo f t h e s o u r c e-p a t h-r e s p o n s e i n t e r i o r. T h e v i b r a t i o na n d s o u n d c h a r a c t e r i s t i c s,s t r u c t u r a l o p t i m i z a t i o no f t h e f l o o r a n d p r e d i c t i o no f t h en o i s e i n t h eb o g i e a r e a a r e i n v e s t i g a t e d.T h e c o n c l u s i o n s a r e a s f o l l o w s:t h e r e a r e s i g n i f i c a n t p e a k so f t h e i n t e r i o r n o i s e i n t h e f r e q u e n c y r a n g e o f500~800H z a b o v e t h eb o g i e a r e a.A m o n g t h e m,t h e s o u n d t r a n s m i s s i o np a t ha b o v e 500H zm a i n l y co m e s f r o mt h e a i r t r a n s m i s s i o n p a t h ,a n d t h e s o u n d t r a n s m i s s i o n p a t hb e l o w 200H zm a i n l y c o m e s f r o mt h e s t r u c t u r e .T h e n o i s e i n t h e c a r i s n e g a t i v e l y c o r r e l a t e dw i t h t h e s o u n d i n s u -l a t i o no f t h e f l o o r ,a n d p o s i t i v e l y c o r r e l a t e dw i t h t h e v i b r a t i o n a c c e l e r a t i o n l e v e l o f t h e f l o o r .W i t h t h e i n -c r e a s e o f t h e s o u n d i n s u l a t i o n o r t h e d e c r e a s e o f t h e v i b r a t i o n a c c e l e r a t i o n l e v e l ,t h e i r i m pa c t o n t h e i n t e r i o r n o i s e i s g r a d u a l l y d e c r e a s i n g .T h e s o u n d i n s u l a t i o nd e s i g n o f t h e f l o o r n e e d s t ob e f u r t h e r s t u d i e d f r o mt h e n e ws t r uc t u r e a n dn e w m a t e r i a l s .T h e r e s e a r c h r e s u l t s c a n p r o v ide r ef e r e n c e a n db a s i s f o r n o i s e c o n t r o l i n h igh -s p e e d t r ai n s .K e y w o r d s h i g h -s p e e d t r a i n ;b o g i e ;i n t e r i o r n o i s e ;s t r u c t u r a l o p t i m u m ;s o u n d i n s u l a t i o n ;v i b r a t i o n R e a l T i m eE s t i m a t i o no fV e h i c l e Q u a l i t y a n dR o a dS l o peB a s e do n A d a pt i v eE x t e n d e dK a l m a nF i l t e r R E NZ h i y i n g 1, S H E NL i a n g l i a n g 1, HU A N G W e i 2, L I UX i n g x i n g1(1.S c h o o l o fM e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g a n dA u t o m a t i o n ,F u z h o uU n i v e r s i t yF u z h o u ,350116,C h i n a )(2.F u j i a nS p e c i a l E q u i p m e n t I n s pe c t i o n I n s t i t u t e F u z h o u ,350008,C h i n a )A b s t r a c t A i m i n g a t t h e p r o b l e mt h a t t h e s t a t i s t i c a l c h a r a c t e r i s t i c s of t h e e x t e r n a l n o i s e i n t h e a c t u a l d r i v -i n gp r o c e s s o f t h e v e h i c l e c a n n o t b ek n o w n ,b a s e do n t h e l o n g i t u d i n a l d yn a m i c sm o d e l o f t h e v e h i c l e ,t h e a d a p t i v e e x t e n d e dK a l m a n f i l t e r (A E K F )v e h i c l e q u a l i t y a n d r o a d g r a d i e n t e s t i m a t e a l g o r i t h mi s p r o p o s e d .T a k i n g t h e d y n a m i c e s t i m a t i o n o f t h em a s s a n d s l o p e o f t h e v e h i c l e s y s t e ma s t h e r e s e a r c h o b j e c t ,t h e r o t a -t i o nm a s s c o n v e r s i o nc o e f f i c i e n t i s i n t r o d u c e d ,t h es t a t es p a c e m o d e l o f t h ev e h i c l e l o n g i t u d i n a l d y n a m i c s y s t e mi s e s t a b l i s h e d ,a n d t h e g e a rm a t c h i n g a t d i f f e r e n t t i m e s a n d t h eh a n d l i n g o f s p e c i a l d r i v i n g c o n d i -t i o n s a r e c o n s i d e r e d .T h e s y s t e ms t a t e e q u a t i o n i sd i s c r e t i z e d t oo b t a i n t h e s y s t e ms t a t e e q u a t i o na n d t h e s y s t e m m e a s u r e m e n t e q u a t i o n .T h e n ,t h e n o i s e s t a t i s t i c a l e s t i m a t o rw i t h f o r g e t t i n g f a c t o r i s i n t r o d u c e d o n t h eb a s i s o f t h e e x t e n d e dK a l m a n f i l t e r (E K F ).T h e o n -l i n e e s t i m a t i o n a n d c o r r e c t i o no f n o i s e s t a t i s t i c s a r e p e r f o r m e db a s e do n t h e r e a l -t i m e u p d a t i n g o f t h e s t a t e e q u a t i o n a n d t h em e a s u r e m e n t e q u a t i o nb y a d a p t i v e e x t e n d e dK a l m a n f i l t e r ,s o a s t o s o l v e t h e p r o b l e mo f t i m e -v a r y i n g n o i s eo f t h e s y s t e m.T h e c o m p a r a t i v e a n a l y s i s o f t h ee s t i m a t e da n d m e a s u r e dr e s u l t so f t h i sa l g o r i t h m a n dt h eE K Fa l g o r i t h m s h o w s t h a t t h e p r o p o s e d a l g o r i t h mc a ne f f e c t i v e l y f i l t e r a n de s t i m a t e t h ev e h i c l em a s s a n d g r a d i e n t s i g n a l s i nt h ev e h i c l e l o n g i t u d i n a l d y n a m i c sm o d e l ,a n d g r a d u a l l y c o n v e r g e a n d a p p r o a c h t h em e a s u r e dv a l u e i n a s h o r t t i m e ,s o t h a t i t c a nb e r e a s o n a b l y a n d e f f e c t i v e l y d e t e c t t h e s t a t u s i n f o r m a t i o no f t h e v e h i c l e d u r i n g d r i v i n g.K e y w o r d s l o n g i t u d i n a l d y n a m i c sm o d e l ;a d a p t i v ee x t e n d e dK a l m a n f i l t e r (A E K F );v e h i c l e q u a l i t y ;r o a d g r a d i e n t ;f o r g e t t i n g fa c t o r A p p l i c a t i o no f I n t e g r a l S q u e e z eF i l m D a m pe r i nG e a r b o x L UK a i h u a , H EL i d o n g , Y A N W e i , D I N GJ i c h a o , MAL i a n g ,C H E NZ h a o (B e i j i n g K e y L a b o r a t o r y o fH e a l t h M o n i t o r i n g a n dS e l f -R e c o v e r y f o rH i g h -E n d M e c h a n i c a l E q u i p m e n t ,B e i j i n g U n i v e r s i t y o fC h e m i c a lT e c h n o l o g y B e i j i n g,100029,C h i n a )A b s t r a c t T h e d y n a m i c e x c i t a t i o no f t h e g e a r s y s t e mi s t r a n s m i t t e d t o t h e b o x p r i m a r i l y t h r o u g h t h e b e a r -728N o .4A b s t r a c t s o fV o l .40N o .4i nE n g l i s h。
高速列车内部噪声仿真分析与研究
高速列车内部噪声仿真分析与研究作者：王建功范乐天高军高绍星来源：《中国机械》2013年第02期摘要：随着高速列车速度的提高，对噪声控制提出了挑战。
为保证车内外噪声符合人体舒适度及相关标准要求，在方案设计过程中，运用声学统计能量的方法，进行噪声控制方案的计算、对比分析，经过工程优化，在内部噪声控制方面取得了较好的效果。
关键词：高速列车；减振；降噪；0引言随着高速列车速度的提高，对噪声控制提出了挑战。
本文通过对高速列车车内噪声源分析，制定噪声控制方案，基本满足旅客舒适度要求，符合GB12816列车声学性能标准要求，高速列车车上设备较多，运行速度较快，给减振降噪带来了极大的挑战。
2噪声控制计算仿真及分析传统的数值计算方法如有限元法在强度和振动计算方面取得很大成功，但在噪声预测方面存在一定的局限性。
传统的数值方法建模的精度在大约20阶模态后较低，而重要的声学频率范围常常超过100阶模态。
基于上述原因，在高速列车的高频振动、高频噪音预测方面引进了统计能量分析技术。
准确的统计能量分析方法依赖于结构的高模态密度、高模态重叠度和短波波长。
然而，高模态密度、高模态重叠度和短波波长恰好是造成传统数值方法不精确和计算量大的因素。
相比之下，统计能量分析把复杂结构动力学系统的模态参数（频率、振形、阻尼等）处理成随机变量，其预测结果不能提供系统某个局部位置的精确相应，却能从统计意义上较精确地预测出各个子系统的响应级。
3车内噪声分析与计算3.1车内噪声源分析高速列车车内声场环境非常复杂，声源众多，根据噪声传递过程，可以分成直达声、透射声和振动辐射声。
直达声是从噪声源发出，以空气为媒介，从车窗、车门的缝隙和排风口等直接传播到车内的声音。
透射声指的是透过车身结构传到车内的声音。
振动辐射声为固体传播声，包括一次固体传播噪声和二次固体传播噪声。
一次固体传播噪声主要是轮轨、车辆机械系统引起的振动，振动能量通过固体结构和悬挂系统传到车体内壁，引起车体内壁振动，进而辐射噪声。
高速列车整车气动噪声声源特性分析及降噪研究
高速列车整车气动噪声声源特性分析及降噪研究张亚东;张继业;李田【摘要】针对高速列车气动噪声声源组成的复杂性和各部件对总噪声的贡献量问题,本文基于Lighthill声学理论,采用三维、宽频带噪声源模型、LES大涡模拟和FW-H声学模型对初期研制设计的某型高速列车气动噪声进行数值模拟,分析该型列车的主要气动噪声源特性及对整车的贡献量大小,并提出降噪改进意见.研究结果表明:高速列车气动噪声是宽频噪声,高速列车以350 km/h运行时,在20 Hz以下存在明显的主频率,整车主要能量集中在630～4 000 Hz范围内;距轨道中心线25 rn、头车鼻尖8 rn处的纵向噪声评估点,总声压级达到最大值95.9 dBA;离轨道中心线的距离越大,其横向噪声评估点的声压级衰减幅度越小;运行速度的大小不改变列车声功率和远场噪声评估点的分布规律,只改变其幅值,随着运行速度的增大其增加幅度越小.高速列车最主要噪声源为头车的鼻尖和排障器,其次是转向架,最后是车辆连接处;对整车总噪声的贡献量,800～1 600 Hz范围内主要是头车,630～4 000 Hz范围内主要是转向架,且中心频率为160 Hz的幅值远大于车体、头车、尾车和风挡区域的噪声,1 000～2 000 Hz范围内的噪声主要是车辆连接处,且中心频率为400 Hz和1 600 Hz时出现峰值;在车辆连接处设置全风挡及列车转向架部位设置全包裙板后,降噪效果明显.文中所得研究成果,可为高速列车气动噪声分布规律和结构优化、减阻降噪提供一定的科学依据.【期刊名称】《铁道学报》【年(卷),期】2016(038)007【总页数】10页(P40-49)【关键词】高速列车;气动噪声;大涡模拟;噪声贡献量;宽频带噪声源模型;Lighthill声学比拟理论【作者】张亚东;张继业;李田【作者单位】西南交通大学牵引动力国家重点实验室,四川成都610031;西南交通大学牵引动力国家重点实验室,四川成都610031;西南交通大学牵引动力国家重点实验室,四川成都610031【正文语种】中文【中图分类】TB535;TK83随着车辆运行速度的不断提高，高速列车的振动噪声问题变得日益突出。
高速列车降噪技术研究
高速列车降噪技术研究高速列车作为现代交通工具的重要组成部分，在提供快速便捷出行方式的同时，也给人们带来了噪音污染问题。
为了改善列车噪音对周围环境和乘客的影响，高速列车降噪技术研究成为了一个重要的课题。
本文将重点探讨高速列车降噪技术的研究现状、方法和前景。
一、研究现状高速列车降噪技术的研究起步较晚，但近年来取得了显著的进展。
目前，主要的研究方向包括车体降噪、轨道降噪和隔声门窗技术等。
车体降噪技术是高速列车降噪的关键手段之一。
通过改善车体表面的材料和结构设计，减少外界噪音的传入和乘客车厢噪音的传出，能有效降低列车噪音对周围环境的影响。
研究者们通过改进车体减振降噪的工艺和材料，提升了列车的降噪性能。
轨道降噪技术主要通过改进轨道的材料和结构设计来减少列车行驶时产生的噪音。
例如，使用橡胶减振垫片等降噪材料可以有效减少列车经过时产生的振动和噪音。
除此之外，科研人员还对列车和轨道之间的减震补偿装置进行了研究，以减少列车行驶时对轨道的冲击和噪声。
隔声门窗技术是在列车车厢内部对乘客进行噪音隔离的关键技术。
通过改进车厢门窗的密封性能、使用隔声材料等手段，可以有效减少外界噪音对车厢内部的侵入，提升乘客的乘坐舒适度。
二、研究方法高速列车降噪技术的研究主要通过实验和模拟计算两种方法展开。
实验是研究高速列车降噪技术的重要手段之一。
研究者们通过在实际列车上进行测量和测试，获取列车在行驶过程中产生的噪音数据，从而分析和寻找降噪效果较好的方法。
同时，他们还在实验室环境中搭建列车降噪的模拟装置，对不同的降噪方案进行测试和评估。
模拟计算是另一种常用的研究方法，通过建立高精度的数学模型，对列车行驶时产生的噪音进行仿真计算。
这样可以在较短时间内预测不同降噪方案的效果，并进行比较和选择最优方案。
模拟计算方法在降噪技术的改进和优化中发挥了重要作用。
三、研究前景高速列车降噪技术在未来有着广阔的应用前景和发展空间。
随着科技的不断进步，各种降噪技术在效果和成本上都有着不断提高的潜力。
高速列车受电弓气动噪声分析与降噪研究
高速列车受电弓气动噪声分析与降噪研究Leabharlann 黄凯莉，袁天辰，杨 俭，宋瑞刚
（上海工程技术大学 城市轨道交通学院，上海 ２０１６２０）
摘要：随着列车速度的大幅提升，气动噪声问题愈发凸显；受电弓噪声在整车噪声中占较高位置，为研究高速列车受电弓气 动噪 声 特 性 ，通 过 Ｌｉｇｈｔｈｉｌｌ声 学 理 论 的 宽 频 噪 声 模 型 对 高 速 列 车 气 动 噪 声 源 进 行 识 别 ，利 用 定 常 ＳＳＴｋ－ｗ 湍 流 方 法 分 析 高 速 列 车受 电 弓 的 流 场 特 性 ；基 于 大 涡 模 拟 与 ＦＷ－Ｈ 声 学 比 拟 理 论 计 算 高 速 列 车 受 电 弓 远 场 气 动 噪 声 ； 数 值 算 例 结 果 表 明 ， 受 电 弓 部 位的碳滑板、弓头为受电弓主要噪声源；以轨道中心线为对称线，远场气动噪声监测点的声压级及频谱特性表现出较高的对称 性；在同一列车运行速度下，监测点声压级随离轨道中心线距离增大而减小，列车以不同速度运行时，其声压级降低的幅值相差 较 小 ；高 速 列 车 远 场 气 动 噪 声 为 宽 频 噪 声 ，主 要 能 量 集 中 在５００～５０００ Ｈｚ；提 出 一 种 射 流 降 噪 方 法 ，在３５０ｋｍ／ｈ速 度 下 ，监 测 点 总 声 压 级 值 降 低 了１５．２ｄＢ。
· １９２ ·
计算 机 测 量 与 控 制 ．２０１９．２７（３） 犆狅犿狆狌狋犲狉 犕犲犪狊狌狉犲犿犲狀狋 牔 犆狅狀狋狉狅犾
设计与应用
文章编号：１６７１ ４５９８（２０１９）０３ ０１９２ ０５ ＤＯＩ：１０．１６５２６／ｊ．ｃｎｋｉ．１１－４７６２／ｔｐ．２０１９．０３．０３９ 中图分类号：ＴＢ５３３＋２；Ｕ２７０ 文献标识码：Ａ
高速铁路运输气动噪声分析与降解方法探讨
高速铁路运输气动噪声分析与降解方法探讨随着高速铁路运输的发展，气动噪声问题日益凸显。
气动噪声是指高速列车行驶时凭借空气流经引起的噪声，对周围居民和环境造成了一定的影响。
因此，对高速铁路运输气动噪声进行准确分析并提出降解方法是一个重要的课题。
在分析高速铁路运输气动噪声之前，我们首先要了解气动噪声的产生原因。
当高速列车行驶时，空气流经车体、车窗、车轮、电缆等部件，会产生涡流和尾迹，同时也会引起噪声。
这些噪声主要包括空气波噪声、涡流噪声和尾迹噪声。
因此，针对这些噪声成因，我们可以制定相应的降噪措施。
针对高速铁路运输气动噪声的分析方法有很多种，下面我们将介绍两种经常应用的方法。
首先是数值模拟方法。
这种方法基于计算流体力学的原理，通过数值模拟计算，并得到噪声的预测结果。
数值模拟方法在预测和分析气动噪声中应用广泛，其优点是可以快速计算出复杂流动条件下的噪声分布，提供详细的噪声信息。
此外，数值模拟方法还能够评估不同降噪方案的效果，并指导设计优化。
但是，数值模拟方法也存在一些限制，如计算量大、模拟结果与实际情况存在差距等。
另一种分析方法是实测数据分析法。
通过在实际运行的高速铁路上采集噪声数据，对其进行分析和处理。
这种方法可以直接反映铁路运输中的噪声情况，具有更高的可靠性。
实测数据分析法可通过测量、分析和比较来取得准确的噪声信息，并进一步对噪声来源和影响因素进行分析。
然后可以根据分析结果制定相应的降噪方案。
除了分析方法，还有一些常用的降噪方法可以应用于高速铁路运输气动噪声的控制与降低。
首先是提高车身设计。
通过优化车体外形、减小空气阻力，降低噪声源的产生。
例如，采用空气动力学设计来减小涡流的产生，减少气动噪声的辐射。
其次是采取隔音措施。
可以在车体内部和外部表面使用隔音材料，减少气动噪声的传播和振动。
同时，还可以使用隔音窗户和隔音门等设备，减少噪声对内部空间的传递。
第三是优化轨道设计。
适当改善铁路轨道的几何形状和结构参数，可以减少列车行驶过程中产生的噪声和振动。
高速列车气动噪声特性分析及其控制
高速列车气动噪声特性分析及其控制随着高速列车的运行越来越频繁，气动噪声成为了影响列车行驶舒适性的主要因素之一。
在高速列车中，气动噪声主要由列车运行时与空气的摩擦所产生的气流声和空气流动所引起的涡旋噪声组成。
因此，对高速列车的气动噪声特性进行分析，以及有效地控制噪声，对于提高列车行驶的舒适性及其使用寿命具有重要意义。
一、高速列车气动噪声的特性分析高速列车气动噪声的特性是由列车的运行速度、车身外形、风阻特性以及空气性质等因素共同决定的。
其中，列车运行速度是影响气动噪声最重要的因素。
在列车高速运行时，气动噪声主要是由瞬间所产生的气动力引起的。
气动力是由于列车在空气中移动而产生的渐进压强差所引起的。
不同的列车速度会产生不同的气动力和气动噪声。
此外，车身外形和风阻特性也对气动噪声的产生起着重要的作用。
列车的车头设计经过了不断的优化，以减小平均运动阻力系数，但是车顶和侧面的流线设计并不完全。
这些不太完整的表面都会产生涡流和紊流，并且产生噪声。
二、高速列车气动噪声的控制为了控制高速列车的气动噪声，需要从以下几个方面入手。
1、减低列车与空气之间的阻力列车运行中产生的气体扰动最主要的来源是空气与车辆表面的摩擦。
因此，在设计列车时，需要具备减小阻力的能力。
目前，列车的车头设计已经相当成熟，可以减小运动阻力系数。
同时，列车的车窗和车门等部位也需要采用适当的密封措施，防止气体进入车内，从而减小气体扰动产生的噪音。
2、采用降噪技术目前，列车行驶过程中，采用的主要降噪技术有：被动噪声控制技术和主动噪声控制技术。
（1）被动噪声控制技术：被动噪声控制技术的主要目的是减低高速列车所产生的噪声，以保证乘客的舒适度。
该技术一般采用狭缝吸声器或声学环境控制技术等。
（2）主动噪声控制技术：主动噪声控制技术是通过引入消噪装置来达到降低噪声的效果。
主动噪声控制技术主要有智能噪声控制技术和反噪声技术两种。
3、采用先进的材料和技术为减小高速列车的气动噪声，还可以采用更加先进的材料和技术，如减音材料、空气动力学技术等。
高速列车气动噪声的理论研究与数值模拟的开题报告
高速列车气动噪声的理论研究与数值模拟的开题报告一、研究背景和意义高速列车作为现代化交通工具，其极具发展潜力和广阔前景。
然而，高速列车的气动噪声问题备受关注。
高速列车在高速行驶时，会产生由于空气流过车身表面而产生的噪声，如果不得到有效控制，很容易对乘客、驾驶员和周围环境造成不可忽视的负面影响。
因此，研究高速列车气动噪声的理论和数值模拟，具有重大的科学意义和实用价值。
本文旨在基于理论分析和数值模拟，探究高速列车气动噪声的特性和产生机理，为其进一步的控制和降噪提供科学依据和技术支持。
二、研究内容和方法1.研究高速列车气动噪声的理论基础和产生原理，探究影响气动噪声的主要因素；2.建立高速列车气动噪声的数值模型，使用计算流体力学（CFD）方法，模拟高速列车通过隧道、桥梁等场景中的气动噪声；3.分析高速列车气动噪声的频率特性、声场分布和声压级等参数，探究不同工况条件下气动噪声的变化规律；4.探索高速列车气动噪声控制和降噪的技术手段和方法。
三、预期结果和目标通过本论文的研究，预期达到以下目标和结果：1.深入探究高速列车气动噪声的机理和特性，为其进一步控制和降噪提供科学理论和技术基础；2.建立高速列车气动噪声的数值模拟模型，模拟高速列车在不同场景中的气动噪声，获知噪声的频率特性、声场分布和声压级等参数；3.分析高速列车气动噪声产生机理和控制方法，提出一些有效的降噪方案和技术手段；4.对高速列车气动噪声的研究结果进行实际应用和推广，为高速列车的安全、环保和社会效益做出贡献。
四、论文结构安排本论文预计分为以下几个部分：1.绪论：介绍高速列车气动噪声问题的背景和意义，阐明研究内容和方法，分析预期结果和目标；2.课题背景与技术路线：介绍高速列车气动噪声的相关工作和研究现状，阐述本文的研究方法和技术路线；3.高速列车气动噪声的理论分析：对高速列车气动噪声的机理和产生原理进行理论分析，探究影响气动噪声的主要因素；4.高速列车气动噪声的数值模拟：建立高速列车气动噪声的数值模拟模型，使用CFD方法，模拟高速列车通过不同场景中的气动噪声；5.高速列车气动噪声的特性分析：分析高速列车气动噪声的频率特性、声场分布和声压级等参数，探究不同工况条件下气动噪声的变化规律；6.高速列车气动噪声的控制与降噪：探索高速列车气动噪声的控制和降噪技术手段和方法；7.结论：总结本文的研究成果，对高速列车气动噪声的控制与降噪提出建议和展望。
400 kmh速度下转向架气动噪声特性研究
V ol 40No.3Jun.2020噪声与振动控制NOISE AND VIBRATION CONTROL 第40卷第3期2020年6月文章编号：1006-1355(2020)03-0125-06400km/h 速度下转向架气动噪声特性研究史佳伟，王浩，圣小珍（西南交通大学牵引动力国家重点实验室，成都610031）摘要：运用STAR-CCM+软件对400km/h 速度下高速列车转向架区域流场和气动噪声进行模拟，分析转向架区域流场结构；不同位置转向架气动噪声的差异；转向架组成部件对气动噪声的贡献量及其频谱特性与空间分布。
结果表明，头车第一个转向架舱内气流湍化程度最高，是转向架系统中最主要的气动声源。
位于转向架舱外直接受到来流冲击的部件辐射的气动噪声是转向架气动噪声的主要来源，而位于转向架舱内或被裙板遮挡的部件对转向架气动噪声贡献量很小。
转向架气动噪声属于宽频噪声，但500Hz 以下的低频部分的声压级幅值远高于其他频段。
转向架气动噪声具有明显的指向性。
横向距离大于5m 时，声压级近似符合单个偶极子声源的远场衰减特性。
在距离地面垂向高度1m ～6m 范围内，声压级随高度增加近似成线性关系减小，声压级的衰减主要发生在400Hz 以上频段。
关键词：声学；转向架；气动噪声；噪声贡献量；频谱特性；空间分布中图分类号：U270.1+.6文献标志码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-1355.2020.03.022Study on Aerodynamic Noise Characteristics ofBogies at 400km/h SpeedSHI Jiawei ,WANG Hao ,SHENG Xiaozhen(State Key Laboratory of Traction Power,Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031,China )Abstract :The flow field and aerodynamic noise of a high-speed train bogie at 400km /h were simulated by using STAR-CCM+.The flow field around the bogie and the differences of the aerodynamic noise of the bogies at different posi-tions of the train are analyzed.The contribution of the bogie components to aerodynamic noise and the spectrum characteris-tics and the spatial distribution of bogie aerodynamic noise are obtained.The results show that there is a large area of eddy current in the bogie cavity,the turbulence degree in the first bogie cavity is the highest.The components located outside the bogie cavity directly impacted by incoming flow are the main aerodynamic noise sources of the bogie.While the compo-nents located in the bogie cavity or covered by fairing have little contribution to the bogie noise.Bogie aerodynamic noise is a kind of broadband noise,but the amplitude of the sound pressure level below 500Hz is much higher than that in other fre-quency bands.Bogie aerodynamic noise has obvious directivity.In transverse direction beyond 5m,the sound pressure level attenuates like a dipole source.The sound pressure level in the vertical height range from 1m to 6m decreases quasi-linearly with the increase of the height,and the attenuation of the sound pressure level mainly occurs in the frequency band above 400Hz.Keywords :acoustics;bogie;aerodynamic noise;noise contribution;spectrum characteristics;spatial distribution转向架是机车车辆最重要的部件之一，它直接影响机车车辆的行车安全、动力性能和运行品质。
高速列车动车组的气动噪声特性分析
高速列车动车组的气动噪声特性分析随着现代化的快速发展，高速列车动车组在我国交通运输领域所占比重越来越大。
然而，随之产生的气动噪声问题也成为人们关注的焦点之一。
本文旨在深入分析高速列车动车组的气动噪声特性，探究其成因及应对措施。
首先，气动噪声是由列车高速行驶时的空气流动所产生的声音。
这种声音的主要成因就是列车在高速运行过程中，空气对列车车体、车轮、车架等部位产生的压力差所引起的气动力振动，继而再造成振动声。
为了更好地了解气动噪声产生的原理，我们需要对气动力学基本概念进行了解。
气动噪声中的主要参数是气动阻力、气动力矩和气动力，其中气动力振动是气动噪声的主要分量。
空气流动的速度、粘度、密度和流量等因素都会影响气动阻力、气动力矩和气动力的大小以及振幅和频率的变化。
因此，为了降低气动噪声产生，需要对这些气动因素进行调整和优化。
在高速列车动车组的设计中，应当采用科学的气动设计减少气动噪声的产生。
通过对列车车体和车轮的形状进行优化设计，可以降低空气对列车车体的阻力，减少气动噪声的产生。
另外，在车轮和轨道间设置适当的泥槽，可有效地控制汽车产生的气体流动和噪声的产生。
除此之外，在维护和保养时也应重视气动噪声的问题。
以车体清洗为例，应采用科学的清洗方法，将车体表面的沉积物、污垢彻底清理干净，防止这些杂质对列车的气动状态造成影响，从而降低气动噪声的产生。
此外，在气动噪声的减弱措施中，安装吸音装置也是不可或缺的。
这是因为吸音装置能够有效地吸收噪声，从而减轻噪声的传播，并起到隔音的作用，最大限度地减少对周围环境产生的影响。
总的来说，高速列车动车组的气动噪声问题必须引起足够的重视。
为了实现列车的高速度、高效率和高安全性，必须在列车的设计、运营和维护等各个环节中采取措施，尽可能地减少气动噪声的产生，防止其对周围环境和人们的生活造成影响。
高速列车转向架空气阻力的数值模拟
高速列车转向架空气阻力的数值模拟高速列车转向架空气阻力的数值模拟一、引言高速列车的发展已经成为现代交通运输领域的重要话题。
而高速列车的运行和设计中，空气动力学是一个至关重要的方面。
其中，转向架空气阻力对高速列车的运行稳定性和能耗有着重要的影响。
本文将围绕高速列车转向架空气阻力进行全面的评估和数值模拟研究，以期能够深入探讨这一领域，为高速列车的设计和运行提供有价值的参考。
二、高速列车转向架空气阻力的数值模拟研究1. 转向架空气阻力的特点高速列车在运行中，其转向架会受到空气阻力的影响。
而转向架的设计和形状会直接影响空气阻力的大小和分布。
一般来说，转向架的空气阻力主要包括摩擦阻力、压力阻力和涡流阻力等。
在进行数值模拟研究时，需要考虑这些特点，以便更加全面地理解转向架空气阻力的影响因素。
2. 数值模拟方法数值模拟是研究高速列车转向架空气阻力的重要手段。
常见的数值模拟方法包括有限元分析、计算流体力学仿真等。
这些方法可以帮助我们建立数学模型，对转向架在不同速度和风场条件下的空气阻力进行定量分析。
通过数值模拟，我们可以得到转向架空气阻力的分布规律，为高速列车的设计优化提供参考。
3. 模拟结果分析基于数值模拟的研究，我们可以得到转向架空气阻力的数值结果。
通过对这些结果的分析，我们可以了解不同速度、风速和转向架形状对空气阻力的影响。
我们还可以通过对比分析得出转向架空气阻力的优化方案，以减小空气阻力、提高列车运行效率。
4. 个人观点和未来展望从数值模拟研究的结果来看，高速列车转向架空气阻力是一个复杂的问题，受到多种因素的影响。
未来，我们可以进一步深入研究转向架空气阻力的影响机理，结合更加先进的数值模拟方法，以期更好地优化高速列车的设计和运行。
我们也可以借鉴其他领域的研究成果，如飞机空气动力学研究，来提高对转向架空气阻力的理解和解决方案。
三、总结本文围绕高速列车转向架空气阻力展开了全面的评估和数值模拟研究。
通过对转向架空气阻力的特点、数值模拟方法、模拟结果分析以及个人观点的探讨，我们对这一问题有了更加深入的了解。
高速列车气动声学噪声研究
高速列车气动声学噪声研究高速列车在现代交通中扮演了越来越重要的角色，对于加速人们的出行速度和提高交通效率有着不可替代的作用。
然而由于高速列车本身的运行机制，其所产生的噪声却成为了人们日益关注的问题。
对于高速列车气动声学噪声的研究，不仅可以帮助人们更好地理解运行机制，还可以推动相关技术的改进和发展。
高速列车运行所产生的气动声学噪声主要源自列车在行驶过程中与周围气体的相互作用，包括空气湍流引起的噪声、弥散噪声和尾迹噪声等。
其中，空气湍流引起的噪声是最突出的，通常占据了列车噪声总量的大部分。
因此，理解空气湍流对列车噪声产生的影响，成为研究高速列车气动声学噪声的核心内容之一。
空气湍流对列车气动声学噪声的影响与其涡旋结构密切相关。
当列车运行时，空气将会流经车身周围的激波、涡旋结构和流动失稳区域，产生各种复杂的声学效应，进而导致噪声的产生。
为了更好地了解噪声产生机理，研究人员通常会采用数值模拟、实验测试等多种方法。
在数值模拟方面，使用计算流体力学（CFD）进行列车空气湍流场模拟，是一种常见的方法。
模拟的过程中需要考虑气流稳定性、湍流模型、计算网格等因素，以便获得精确的湍流场数据。
同时，在实验测试方面，也有许多方法可以用来测量高速列车气动声学噪声。
其中比较常见的方法包括声学模型测试、风洞试验等。
在研究中发现，调整列车造型和减缓速度是减少列车噪声的有效方法。
例如，封闭式车厢、采用空气动力学设计等措施，可以降低列车与空气湍流之间的相互作用，从而减少噪声产生。
同时，增加隔音材料、降速等方法也能帮助减少列车噪声的产生，并能提高行驶安全性。
除了直接针对列车造型的改进和技术的提升，高速列车气动声学噪声的研究也需要考虑交通环境以及对周边环境的影响。
在城市化进程加快，人口密集度不断上升的时代，高速列车噪声不仅直接影响到周边居民的生活质量，也对社会经济和环境产生了负面的影响。
因此，将高速列车噪声研究与环境保护、城市规划等相结合，是未来研究的重要方向之一。
高速列车的气动噪声产生机理研究
高速列车的气动噪声产生机理研究随着科技的不断进步，高速列车已经成为现代交通运输的重要组成部分。
然而，在高速列车运行过程中，噪声污染一直是难以解决的问题之一。
高速列车的气动噪声是其中一个重要的噪声源，对周围环境和列车乘客的舒适性产生不良影响。
因此，对高速列车的气动噪声产生机理进行深入研究，可以为噪声减低和列车运行的优化提供重要参考。
气动噪声是指由流体在通过物体表面时产生的噪声现象，而高速列车的运行引起的气动噪声主要来自列车外表面与周围空气的相互作用。
这种相互作用包括了空气的流动、涡流的形成以及气流的逆流等过程。
首先，高速列车的造成的气动噪声与列车的运行速度有关。
当列车速度增加时，气动噪声也会相应增加。
这是因为列车运动速度增加时，空气流动的速度也会增加，从而引起更强的气动噪声。
其次，列车的形状和外表面的几何结构也会对气动噪声产生影响。
不同类型的列车以及列车的车头、车身和车尾部分的设计都会导致不同的气动噪声特性。
此外，速度和列车形状变化引起的气流的剪切力也会产生气动噪声。
高速列车气动噪声产生机理的研究需要综合考虑多个因素。
首先，需要考虑列车与大气之间的相互作用。
高速列车行驶时，车头部分会形成压缩冲击波，而车尾部分则会产生损失波。
这些压缩冲击波和损失波将会通过空气传递出去形成气动噪声。
其次，高速列车的车体表面涂层和几何结构也会对气动噪声产生影响。
在车体表面，如果存在任何几何结构的不均匀性，将会导致气流速度的变化，从而加剧气动噪声。
此外，车体表面的涂层材料和质地也会对气动噪声的产生有一定的影响。
针对高速列车的气动噪声问题，研究人员提出了多种降低噪声的方法。
一种方法是通过对列车外形和车体表面的设计进行优化，以减少气流流动产生的噪声。
例如，通过改变车体的外形参数，如车头的半径和前后流场的过度，可以减少压缩冲击波和损失波的形成。
同时，在车体表面采用低噪声材料和涂层也能有效减少气动噪声的产生。
另一种方法是通过在车体表面添加障流装置或减震装置来降低噪声。
高铁列车空气动力学噪声预测与控制研究
高铁列车空气动力学噪声预测与控制研究摘要：随着高铁列车的飞速发展，空气动力学噪声已成为制约高铁列车行驶速度和乘客舒适度的主要问题。
本文以高铁列车空气动力学噪声为研究对象，通过对空气动力学原理和噪声预测与控制技术的深入研究，提出了有效的噪声预测和控制方案，以提高高铁列车的行驶速度和乘客乘坐的舒适度。
关键词：高铁列车，空气动力学噪声，预测，控制一、引言随着我国高铁列车网络的不断扩大和列车速度的不断提升，高铁列车行驶过程中产生的空气动力学噪声越来越成为乘客和周边居民的困扰。
空气动力学噪声是由于列车在高速行驶过程中与周围空气的相互作用而产生的一种噪声。
这种噪声不仅会影响列车的行驶速度，还会影响乘客在列车上的乘坐体验。
因此，预测和控制高铁列车空气动力学噪声成为当务之急。
二、空气动力学噪声的形成机理空气动力学噪声是由于列车在高速运行时产生的气流与固体结构相互作用而引起的，主要有以下几种形式：1. 气流通过列车车体和构件的缝隙或凹槽产生的噪声；2. 气流在列车表面产生湍流而产生的噪声；3. 列车高速行驶时产生的气动失稳现象而形成的噪声。
这些噪声源头会受到列车速度、风向、气流流速等多种因素的影响，因此预测和控制这些噪声是一项复杂而重要的工作。
三、空气动力学噪声的预测方法针对高铁列车空气动力学噪声的预测，通常采用计算流体力学(CFD)方法和实验室试验相结合的方式进行。
CFD方法能够通过数学模型对列车表面的气流流场进行模拟，从而预测列车在高速行驶时产生的空气动力学噪声。
实验室试验则可以通过模拟列车在风洞中的运行情况，来验证CFD方法的准确性和可靠性。
值得注意的是，空气动力学噪声预测的准确性和可靠性直接影响了后续的噪声控制工作。
因此，在进行空气动力学噪声预测时，需要充分考虑列车的实际运行状况和外部环境因素，以提高预测的准确性。
四、空气动力学噪声的控制方法针对高铁列车空气动力学噪声的控制，主要采用以下几种方法：1. 结构优化：通过对列车车体和构件的结构进行优化设计，可以减少气流通过缝隙或凹槽产生的噪声；2. 噪声阻尼：在列车表面涂覆吸音材料或减震材料，可以减少气流在列车表面产生湍流而产生的噪声；3. 气动稳定性控制：通过调整列车的气动外形或设计气流导流器，可以减少列车高速行驶时产生的气动失稳现象而形成的噪声。
高速列车减震降噪控制技术的研究
高速列车减震降噪控制技术的研究一、介绍在高速列车行驶过程中，由于路面的不平整以及列车的振动，将会产生很高的噪声和巨大的振动，给列车的乘客和沿线居民带来极大的不便和干扰。
因此，研究高速列车减震降噪控制技术显得尤为重要。
二、高速列车减震技术高速列车采用的减震技术主要包括悬挂系统和车轮减震系统。
1.悬挂系统悬挂系统是高速列车中起主要减震作用的系统之一，一般采用气弹簧、螺旋弹簧和液压减震器等组合形式进行设计。
其中，液压减震器作为一个重要的结构，可以通过调整阻尼和弹性等参数，将震动和噪声控制在合理的范围内，保证行车舒适性和安全性。
2.车轮减震系统车轮减震系统是通过设计先进的轮对和减震结构，减少车轮在行驶过程中的振动和噪声。
针对这一问题，列车制造商采用了多种技术，如液压减震器、电磁减震器、电动减震器和智能控制减震器等。
三、高速列车降噪技术高速列车降噪技术主要包括车体噪声控制、隔音材料的应用和噪声源控制。
1.车体噪声控制车体噪声是高速列车噪声的主要构成部分，主要通过车身表面和车厢空气中的共振、散射和反射产生，因此，减少车体表面的不平整和减少车厢内的共振是降低车体噪声的重点。
2.隔音材料的应用隔音材料的应用可以有效地降低车厢内的噪声，主要包括声吸材料和隔音材料。
声吸材料可以吸收车厢内的骚动和共振，减少车体的反射和散射产生的噪声；隔音材料则是在车厢外侧增加隔音层，从而阻挡外部噪声的传递。
3.噪声源控制高速列车中的噪声源主要包括车轮噪声、机车噪声和空气动力噪声等。
对于车轮噪声，可以通过优化轮对结构，减少初始不平衡量和轮胎与轮轴之间的空隙等方式进行控制；机车噪声和空气动力噪声则可以采用降低功率、改善风阻系数等方式进行控制。
四、高速列车的控制技术高速列车的控制技术是利用现代电子技术和控制技术对列车的运行状态进行检测和控制，以保证列车在行驶过程中的安全性和稳定性。
主要包括以下几个方面：1.列车控制系统高速列车控制系统是高速列车的关键部分，包括车附、列车驾驶室、列车控制中心和列车通信系统等。
高速列车运行中的气动噪声控制技术研究
高速列车运行中的气动噪声控制技术研究近年来，高速列车的快速发展和广泛应用引起了人们的广泛关注。
然而，高速列车在运行过程中产生的气动噪声问题成为一个不容忽视的挑战。
本文将探讨高速列车运行中的气动噪声控制技术研究。
首先，了解高速列车气动噪声的特点十分重要。
高速列车在高速运行时，通过气流的速度和压力变化产生噪声。
这种噪声主要由空气流经列车表面和构件所引起的涡旋和湍流噪声组成。
由于高速列车的速度较快，气动噪声产生的能量较大，因此需要采取有效的控制措施。
其次，我们可以通过减少气动噪声源的产生来控制噪声。
研究表明，高速列车表面的不平整度对气动噪声的产生会有很大的影响。
因此，在列车设计过程中，应注重减少表面的不平整度，以减少涡旋和湍流的形成，从而降低气动噪声的产生。
另外，合理设计列车的外形和构件的布置，可以改善气流的流动，从而进一步降低噪声。
除了减少噪声源的产生外，我们还可以通过降低传播路径上的噪声传输来控制噪声。
高速列车通过减少传播路径上的噪声传输来降低车厢内的噪声水平。
这可以通过使用隔音材料来实现。
隔音材料的选用和设置位置都非常关键，需要在设计阶段进行充分研究和试验。
此外，改善车体的密封性和加强车窗的隔音效果，也可以有效地控制噪声。
此外，采用主动控制技术也是一种有效的气动噪声控制方法。
主动控制技术是指通过在列车表面布置传感器和执行器，并通过反馈控制系统实时捕捉和调节气动噪声的产生和传播过程，从而实现噪声的控制。
这种技术可以根据实时的噪声数据进行反馈和调整，从而在很大程度上减少噪声的产生和传输。
最后，需要指出的是，除了技术手段，提高乘客的意识和素质也是关键。
高速列车的乘客应该注意降低噪声对健康和生活品质的影响，理解并支持相关的噪声控制措施。
只有通过全社会的努力，才能实现高速列车运行中气动噪声控制技术的进一步研究和应用。
总之，高速列车运行中的气动噪声控制技术是一个复杂而繁琐的过程。
通过合理设计列车外形和构件布置、降低噪声传播路径上的噪声传输、采用主动控制技术，以及加强公众的意识和素质，我们可以有效地控制高速列车运行中的气动噪声问题。
高速列车气动噪声控制技术研究
高速列车气动噪声控制技术研究随着高速列车日益普及，现代城市交通也成为了人们生活中必不可少的一部分，高速列车运输效率高、速度快、旅程舒适，得到了广大市民的青睐。
然而，城市交通对环境和居民的噪声污染也逐渐增大，高速列车气动噪声成为了一种无法避免的问题。
一、高速列车气动噪声的来源与危害高速列车在行驶时会产生气动噪声，噪声的主要来源是列车与空气的摩擦力产生的空气涡流和湍流带来的噪声。
在高速行驶时，列车周围空气流速高，产生的压力变化较大，容易产生较大的气动噪声，严重影响了列车的运行效率和旅客的舒适感。
同时，高速列车的气动噪声也会给沿线的居民和环境带来很大的困扰，成为城市交通噪声污染的一种重要来源。
二、高速列车气动噪声控制技术的研究针对高速列车气动噪声控制方案的研究，主要从以下几个方面进行探讨：1.列车外形设计列车的外形设计是气动噪声控制的第一步。
合理的车身外形设计可以减少气动阻力，降低运行时的空气流动速度，从而减少气动噪声的产生。
各国的高速列车设计中，很多都采用了尖头式车头设计，这种设计可以降低列车前部空气阻力，提高列车的速度和行驶稳定性，并且减少了空气涡流的产生，降低了气动噪声的程度。
2.轨道的环境适应性轨道环境的适应性好，能带来更好的气动噪声效果。
对于高速铁路，一些地区由于气候、地形等原因，会引起强气流，会产生较强的气动噪声。
适当改善沿线环境，比如通过种植树木、修建护墙等手段，可以减轻气动噪声对于周围环境的扰动。
3.列车纵向阻尼列车纵向阻尼效果好，也是减少气动噪声的重要手段之一。
对于高速列车而言，高速行驶时车辆之间产生的振动和噪声是很大的，因此运用一些较好的阻尼系统和制动系统，能够减少噪声，同时保证列车的稳定性和运行安全。
4.减小车窗间距这是一种有效的控制列车气动噪声的策略之一，适用于设计速度较高的高速列车。
减小车窗间距，可以降低列车内部空气的湍流运动，从而减少气动噪声的产生。
5.轮轨噪声控制轮轨噪声是影响高速列车噪声的重要因素之一。
高速列车的降噪与振动控制技术研究
高速列车的降噪与振动控制技术研究一、引言高速列车作为现代交通工具的重要组成部分，其运行时所产生的噪音和振动问题日益引起关注。
噪音和振动会给乘客的舒适度造成影响，同时也会对列车设备和结构的正常运行产生不利影响。
因此，降噪和振动控制技术的研究变得尤为重要。
二、高速列车噪音产生机制高速列车的噪音主要分为车轮与轨道的撞击噪音、牵引系统的噪音和风噪音三个方面。
车轮与轨道的撞击噪音主要是由于列车运行时车轮与轨道之间的接触产生的振动引起的。
牵引系统的噪音主要来自于电机和传动装置的运行时产生的噪音。
而列车高速行驶时所受到的气动力会导致风噪音的产生。
三、降噪技术1.橡胶垫降噪法橡胶垫降噪法主要是通过在列车与轨道之间增加隔振垫来降低撞击噪音。
隔振垫可采用橡胶弹性体材料，其具有良好的吸震和隔振效果。
通过在橡胶垫的设计中考虑材料的刚度和减振效果，可以有效减少噪音的产生。
2.隔音屏蔽技术隔音屏蔽技术主要是在列车车体和车厢内部增设隔音装置，以降低传播到车厢内部的噪音。
隔音装置可以采用石膏板、岩棉板等材料来构建，其吸声、隔音性能较好。
此外，还可以通过调整车厢内部的布置结构和缝隙的密封来进一步提高隔音效果。
四、振动控制技术1.动力学优化动力学优化技术是通过车轮和轨道之间的接触，控制列车的振动。
通过优化列车的牵引系统和制动系统设计，合理激励和减小振动力，可以有效地降低列车的振动。
同时，在设计过程中要考虑到列车的质量分布和刚度，以缓解振动问题。
2.减振装置减振装置在高速列车的振动控制中起着重要作用。
常用的减振装置包括主被动隔振系统和液压减振器等。
主动隔振系统可根据实时振动信号对列车进行主动调节，以降低振动幅值。
而液压减振器通过消耗振动能量来减小振动幅值。
减振装置的合理设计和调节可以显著降低列车振动。
五、结论高速列车的降噪与振动控制技术是现代交通领域的研究热点。
通过采用橡胶垫降噪法和隔音屏蔽技术，可以显著降低列车运行时产生的噪音。
同时，通过动力学优化和减振装置的应用，可以有效降低列车的振动。
高速列车受电弓气动噪声分布特性及仿生降噪研究
高速列车受电弓气动噪声分布特性及仿生降噪研究王洋洋;周劲松;宫岛;刘海涛【摘要】随着列车运行速度的提高,列车产生的噪声对周围环境产生的影响愈发严重.高速列车受电弓位于车顶,其产生的气动噪声成为高速列车主要噪声来源之一.选取某典型受电弓结构建立受电弓的流体及气动噪声的仿真分析模型,通过大涡模拟方法计算流场场量的分布特征及气动噪声大小.根据仿真分析结果研究受电弓气动噪声产生的机理,并在此基础上引入翼缘仿生结构对当前受电弓结构进行优化改进.研究结果表明,仿生优化后的受电弓能够有效降低受电弓尾涡脱落量,降低了气动噪声,并且其宽频噪声品质表现较好,具有比较良好的空气动力学性能.另外,优化后的受电弓适当的提高了受电弓的升力,可以减小跳网情况的发生,有助于受流稳定,具有一定的工程参考价值.%As the speed of the trains increases, the impact of train noise on the surrounding environment is more and more serious. The pantographs of the high-speed trains are located on the roof of the vehicles. Their aerodynamic noise is one of the main sources of noise of the high-speed trains. In this paper, the simulation analysis model of fluid and aerodynamic noise of a typical pantograph structure was built. The distribution characteristics of the flow field and the magnitude of the aerodynamic noise were calculated by the method of large eddy simulation. According to the results of simulation analysis, the mechanism of the aerodynamic noise of the pantographs was studied. On this basis, the bionic structure of the flange was introduced to optimize the current pantograph structure. The results show that the optimized pantograph can effectively reduce the amount of pantograph tail vortex shedding and theaerodynamic noise. Meanwhile, its wideband noise performance and aerodynamic performance are good. In addition, the optimized pantograph raises the contact force between the bow and the net and reduces the possibility of network jumping, which is helpful to the stability of the flow. These conclusions have certain engineering reference values.【期刊名称】《噪声与振动控制》【年(卷),期】2018(038)0z1【总页数】5页(P348-352)【关键词】声学;受电弓,流场分析,大涡模拟,气动噪声,仿生降噪【作者】王洋洋;周劲松;宫岛;刘海涛【作者单位】同济大学铁道与城市轨道交通研究院,上海 201800;华东交通大学机电与车辆工程学院,南昌 330013;同济大学铁道与城市轨道交通研究院,上海201800;同济大学铁道与城市轨道交通研究院,上海 201800;华东交通大学机电与车辆工程学院,南昌 330013【正文语种】中文【中图分类】U270.1+6研究表明，铁路的噪声来源主要有轮轨噪声、空气动力噪声以及高架桥引起的桥梁结构噪声等，而空气动力学噪音正比于列车速度的6次方。
高速列车导流罩气动噪声优化分析
高速列车导流罩气动噪声优化分析发布时间：2022-09-06T08:14:11.462Z 来源：《科技新时代》2022年4期作者：李新一吴健[导读] 近几年，我国的铁路交通事业蓬勃发展，研制出的具有自主知识产权的高速列车，李新一吴健中车长春轨道客车股份有限公司国家轨道客车工程研究中心，吉林长春130062摘要：近几年，我国的铁路交通事业蓬勃发展，研制出的具有自主知识产权的高速列车，其高速、舒适、快捷的特点已深受广大乘客的好评，但同时，高速列车的噪声问题也日益严重，成为限制列车提速的重要因素之一。
列车在行驶到一定速度时，气动噪声成为列车的主要噪声源。
本文利用仿真分析方法，针对受电弓导流罩装置结构进行优化分析，得到较优的导流罩结构，为后期的气动噪声风洞试验提供依据。
关键字：高速列车；气动噪声；导流罩；仿真分析随着我国高速铁路的快速发展的同时，许多制约着列车提速的问题随着列车运行速度的提高逐渐出现，空气动力学就是在这种环境下发展起来的[1]。
通过研究，列车的机械噪声（轮轨噪声）与气动噪声组成了高速运行列车的主要噪声[2]，并且当车辆时速超过300km/h 时，气动噪声成为列车的主要噪声源，随着速度大约以60log10V（V为列车运行速度）的关系增长，即随行驶速度的6次方增长[3]。
在高速列车的气动噪声源中，受电弓区域的气动噪声占比较大，因此，如何有效地降低受电弓区域产生的噪声是降低车辆整体气动噪声水平的重点问题。
本文从气动噪声的角度分析某型号动车组在导流罩前缘和后缘倾角变化后的气动噪声特性，与原始结构相比评估改形方案的优劣。
具体包括以下三方面工作：（1）直行升弓工况下，通过对导流罩前缘倾角改形前后的表面气动噪声和远场气动噪声特性对比分析，评估改形方案的优劣。
（2）直行升弓工况下，通过对导流罩后缘倾角改形前后的表面气动噪声和远场气动噪声特性对比分析，评估改形方案的优劣。
（3）直行降弓工况下，通过对优化后的导流罩前缘倾角和后缘倾角的表面气动噪声和远场气动噪声特性对比分析，验证在降弓工况的效果。
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式中：ρ 为流体密度，t 为时间； ui ， u j 分别为过滤 后的速度分量；μ 为湍流黏性系数；τij 为亚格子尺度 应力(SGS 应力)，t ij = ruiu j - rui u j ，它体现了小尺 度涡对运动方程的影响。同时，为了使方程封闭，必
须用亚格子尺度(SGS)模型来构造 τij 的数学表达式。
1 高速列车气动噪声数值分析理论
1.1 气动噪声声学方程 1952 年，英国科学家 Lighthill 根据 NS 方程和连
续性方程导出了气动声学基本方程[11]：
òs (t )
fi R 1- M ar
dS (z
)+
1 4πc02
¶2 ¶xi¶x j
×
ò Tij d (z )
v(t) R 1- M ar
(中南大学 交通运输工程学院，轨道交通安全教育部重点实验室，湖南 长沙，410075)
摘要：基于 Lighthill 声学理论，采用三维、LES 大涡模拟和 FWH 声学模型对高速列车转向架部位气动噪声进行
数值模拟，并提出降噪改进意见。研究结果表明：转向架部位气动噪声在很宽的频带内存在，无明显的主频率，
能用于工程计算；雷诺时间平均模拟将非稳态的控制
方程对时间作平均，在所得到的关于时均物理量的控
制方程中包含了脉动量乘积的时间均值等未知量，但
平均的结果都将脉动运动时空变化的细节抹平，丧失
了包含在脉动运动中的全部信息[13−14]；大涡模拟(LES)
对尺度大的湍流运动通过 NS 方程直接计算，小尺度
涡采用亚格子模型进行模拟，是目前计算湍流脉动较
FWH 声学类比方程将声学方程扩展到考虑运动 固体边界的影响，其方程为[12]：
式中： Sij
是变形速率张量， Sij
=
1
æ ç
¶ui
2 çè ¶x j
+
¶u j ¶xi
ö ÷ ÷ø
。
亚格子尺度湍流黏度 μt 公式为：
mt = (CsD)2 S
(6)
ò r¢ = ¶ ¶t
R
r0vn¢ 1- M ar
是一种宽频噪声；各监测点气动噪声频谱在低频时幅值较大，随着频率的升高，幅值下降，1/3 倍频程 A 声压级
主要集中在 315~1 250 Hz 频率范围内；当来流速度一定时，距离气动噪声源越远，声压级幅值和总声压级越小；
在列车转向架部位设置裙板后，运行速度为 300 km/h 时，车外声压级幅值较无裙板时有所减小，平均降幅约为
Aerodynamic noise numerical simulation and noise reduction of highspeed train bogie section
HUANG Sha, YANG Mingzhi, LI Zhiwei, XU Gang
(1. Key Laboratory of Traffic Safety on Track, Ministry of Education, School of Traffic & Transportation Engineering, Central South University, Changsha 410075, China)
(2)
式中：R=|x−y|，x 为接受点位置，y 为声源点位置；fi
为静止固体边界的单元法向量； M ar 为运动马赫数在 观察方向的投影。
1.2 湍流模型的选择
湍流模型中的直接数值模拟对瞬时 NS 方程进行
计算，可以分辨出气流的空间结构及变化剧烈的时间
特性，但内存空间及计算速度要求极高，目前还不可
根据 Smagorinsky 的基本 SGS 模型，τij 可利用 SGS 的
湍流黏度 μt 进行模化：
t ij
-
1 3
t
kk
d
ij
=
-2mt
S ij
(5)
动的流体密度；ρ′为流体密度的波动量，ρ′=ρ−ρ0；p0 为 未 受 扰 动 的 流 场 压 力 ； p′ 为 流 场 中 压 力 的 脉 动 量 p′=p−p0；c0 为声速。
随着列车运行速度的提高，铁路噪声污染也急剧 增加，过大的噪声将严重影响乘客和轨道沿线人们的
生理、心理和正常生活，还可能引起周围有关设备和 周边建筑物的疲劳损坏，缩短使用寿命，因此高速列
收稿日期：2010−12−16；修回日期：2011−04−10 基金项目：空气动力学国家重点实验室开放基金(SKLA20110202)；中南大学前沿研究计划(2010QZZD020) 通信作者：黄莎(1985−)，女，新疆阿勒泰人，博士研究生，从事列车空气动力学研究；电话：13975800456；Email：joanna_119@
2 数值计算模型
选择头车无裙板转向架部位作为噪声源，对列车 以 300 km/h 速度运行时转向架部位气动噪声进行数
值模拟，得到了各监测点的声压频谱图。1 号，3 号和
在数值模拟计算中，一般采取有限计算区域来代 替无限计算域，区域长度方向尺寸的选取则是使计算 区域下游边界尽可能远离列车尾部，以避免出口截面 受到动车组尾流的影响，便于出口边界条件的给定， 计算区域及坐标定义如图 1 所示。由于用于计算的高 速列车表面形状不规则，带有转向架等复杂结构，使 得对其进行结构网格划分比较困难，因此本文采用非 结构化四面体网格，模型最小网格线尺度为 1 mm，
8%，总声压级平均降幅 1.3 dBA；适当增加裙板面积后，声压级幅值平均降幅达到 12%，总声压级平均降幅 2.08
dBA，降噪效果较明显。
关键词：气动噪声；数值模拟；声压级幅值；总声压级；降噪
中图分类号：U260.331；U491.9+1
文献标志码：A
文章编号：1672−7207(2011)12−3899−06
6 号测点的声压频谱如图 3 所示。在对铁路噪声进行 测量和评价时，通常采用 A 声级，因此对上述模型各 监测点在 1/3 倍频程中心频率处的 A 声级进行分析， 1 号，3 号和 6 号测点的 1/3 倍频程 A 声压级如图 4 所示。
从图 3 可知：转向架部位气动噪声在很宽的频带 内存在，无明显的主频率，是一宽频噪声；转向架部 位各监测点气动噪声频谱在低频时幅值较大，随着频
(1)
式 中 ： T i j 为 Li gh th ill 张 量 ， Tij = ruiu j - eij +
d
ij
(
p¢)
-
c
2 0
d
ij
(r
¢)
；eij 为黏性应力张量， eij
=
m
¶ ¶x j
×
æ çç è
¶ux ¶x j
+
¶u j ¶xx
-
2 3
d
ij
¶uk xk
ö ÷÷ ø
；δij 为单位张量；ρ0 为未受扰
理想的方法[15−16]。
经过空间过滤可得到大涡模拟(LES)的控制方程：
¶r ¶t
+
¶ ¶xi
(r ui )
=
0
(3)
¶ ¶t
(rui ) +
¶ ¶x j
(rui u j )
=
-
¶p ¶xi
+
¶ ¶x j
(m
¶ui ¶x j
)-
¶t ij ¶x j
(4)
¶2r¢ ¶t 2
- c02Ñ2 r ¢
=
¶ 2Tij ¶yi y j
dS (z
)-
1 4πc02
¶ ¶xi
×
式 中 ： S = (2Sij Sij )1/ 2 ； D = (Dx Dy Dz )1/3 ； Cs 为 Smagrinsky 常数，根据 Van Driest 模型来确定。
第 12 期
黄莎，等：高速列车转向架部位气动噪声数值模拟及降噪研究
3901
3.2 高速列车转向架部位气动噪声频谱分析
第 42 卷第 12 期 2011 年 12 月
中南大学学报(自然科学版) Journal of Central South University (Science and Technology)
Vol.42 No.12 D拟及降噪研究
黄莎，杨明智，李志伟，徐刚
3900
中南大学学报(自然科学版)
第 42 卷
车的噪声问题成为高速铁路发展过程中亟待解决研究 的重要课题之一[1−2]。目前，随着列车运行速度的提高， 机械噪声退居次要地位，气动噪声逐渐趋于主导地位。 根据铁路噪声理论研究和实验测试，检定出了高速列 车气动噪声源的主要产生部位[3−6]。国内外很多学者对 高 速 列 车 不 同 位 置 处 的 气 动 噪 声 做 了 研 究 ， Ikeda 等[7−9]介绍了高速列车低气动噪声受电弓的设计理论 和方法，并提出了改善受电弓气动噪声的设计方案； Sassa 等[10]通过实验和数值计算对车门处产生的气动 噪声进行了研究。而转向架部位是气流的喷射和回流 区域，由于结构复杂，气流流经时底部产生严重的分 离现象, 形成漩涡，产生复杂的气动噪声，尤其是头 车转向架部位，而对于高速列车转向架部位气动噪声 的研究相对甚少。因此，本文作者基于 Lighthill 声学 理论，应用 LES 大涡模拟和 FWH 声学类比模型对高 速列车头车转向架部位车外气动噪声进行数值模拟研 究，并提出了降噪改进意见。
网格总数约为 450 万。
图 1 计算区域及坐标定义 Fig.1 Computational domain and coordinate defination
3 数值计算结果及分析
3.1 高速列车转向架部位气动噪声监测点布置 由于转向架结构复杂，在保证其主要外形气动特
Abstract: In order to decrease the aerodynamic noise of train bogie section, threedimensional, large eddy simulation and FWH acoustic model were adopted to simulate the aerodynamic noise outside highspeed train bogie section based on Lighthill acoustic theory, and noise reduction advice was proposed. The results show that the aerodynamic noise is a kind of wide frequency noise which exits in wide frequency band without obvious main frequency. The acoustic pressure amplitude of every test point is great at low frequency, decreasing with the increase of frequency, and the acoustic pressure level within 1/3 octave band frequency ranges from 315 Hz to 1 250 Hz. Given a certain incoming wind speed, the total acoustic pressure level is lower when the test point is farther from the noise source. Once aprons are set in bogie sections, acoustic pressure amplitude and total acoustic pressure level of each point reduce compared with that without apron, respectively with an average reduction of about 8% and 1.3 dBA at the speed of 300 km/h. Besides, the average reduction will come to 12% and 2.08 dBA when the apron area increases properly, making noise reduction more effective apparently. Key words: aerodynamic noise; numerical simulation; acoustic pressure amplitude; total acoustic pressure level; noise reduction