基于局域共振原理的高速列车低频降噪内饰板声振特性研究

来源 :西南交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaozuzi2009
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振动噪声问题是制约高速铁路绿色、环保、可持续发展的核心问题。其中,高速列车的车内噪声直接影响乘客的乘坐舒适性,是车辆设计研发、稳定运营的关键指标。传统的减振降噪措施可以有效地控制车内中高频噪声,但是对于低频噪声收效甚微。这一方面是因为低频噪声具有长波特征,传播过程中能量衰减缓慢且不易隔绝;另一方面则是因为常规的隔声、吸声材料主要呈现高频降噪特性,在整车轻量化要求下,难以提高低频降噪性能。随着列车运行速度的不断提高,车体面临的高速湍流激励越发显著,低频结构振动、低频声源激励的能量也随之不断增加,导致车内低频噪声问题日益严重。因此,本文针对高速列车车体板件低频振动噪声问题,基于局域共位移响应原理,设计构造一种陀螺型声子晶体板。研究陀螺型声子晶体板的带隙特性、振动声辐射与隔声特性,进而分析其对高速列车车体内饰板的降噪效果。论文主要研究工作与结论如下:1、基于线路试验,测试分析了高速列车车内噪声特性,研究了车体关键区域板件振动声辐射与车内噪声的关系。考虑车内低频振动、噪声控制,基于局域共振原理,设计了一种新型的陀螺型声子晶体板结构。建立了陀螺型声子晶体板有限元模型,验证了能带计算方法与精准性。2、使用有限元仿真方法,建立了陀螺型声子晶体元胞模型,得到其能带结构图,并基于声子晶体局域共振原理与结构振动模态,系统分析了陀螺型声子晶体的带隙形成机理。考虑带隙影响因素,深入调查了陀螺型声子晶体板的关键部位结构参数和材料参数的改变对于带隙特性的影响,对带隙特性进行了优化。结果表明:带隙形成取决于陀螺共振子的局域共振模态对于基体板的作用,且基体板运动与局域共振单元的相互耦合是带隙产生的原因,并且合理地选择元胞参数能够有效地改进带隙特性。3、建立了陀螺型声子晶体板的振动声辐射和隔声计算模型,基于与同尺寸基体板的声振特性对比,研究了声子晶体板在低频带隙范围内对基体板件的振动声辐射和隔声影响。系统地探究了载荷数量、周期排布尺寸以及周期约束条件对于振动声辐射特性和隔声特性的影响。4、建立了含陀螺型声子晶体的内饰板组合结构,基于与同尺寸普通内饰板的声振特性对比,探究了含声子晶体的内饰板组合结构声振特性,并分别调查了内饰板厚度和阻尼对于内饰板组合结构声振特性的影响。结果表明:在低频范围内,内饰组合板组合结构相比于普通内饰板拥有更好的减振降噪效果,内饰板的厚度增大与阻尼添加对于内饰板组合结构的振动声辐射特性能够有一定改善,尤其能提高隔声特性曲线谷值。
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