輪軌噪聲
關(guān)注創(chuàng)建者：命硬的eno 創(chuàng)建時間：2016-12-23
輪軌噪聲的實例教程
嚴(yán)重的鋼軌波磨現(xiàn)象會進(jìn)一步引發(fā)其他問題，如軌道車輛系統(tǒng)零部件破壞、嚴(yán)重的噪聲等。避免或減少這類問題的有效方法是鋼軌打磨，但目前各個地鐵運營公司對鋼軌波磨的限值尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，過于嚴(yán)苛的限值要求會造成運維成本劇增，較為寬松的限值要求又會導(dǎo)致其他故障頻發(fā)。因此，單一的波磨限值，如ISO 3095，很難滿足經(jīng)濟(jì)高效的運維要求。同時，隨著地鐵的快速發(fā)展，地鐵車內(nèi)噪聲問題愈加嚴(yán)重，嚴(yán)重的地響乘客的乘坐體驗以及司乘人員的身心健康，控制鋼軌波磨是控制地鐵車內(nèi)噪聲最行之有效的方法之一，為此，作者從車內(nèi)噪聲的角度，研究基于車內(nèi)噪聲控制的鋼軌波磨限值。
圖1 鋼軌粗糙度測試
試驗方法
首先需要建立鋼軌粗糙度與車內(nèi)噪聲之間的量化關(guān)系，鋼軌粗糙度直接作用于輪軌系統(tǒng)，輻射輪軌噪聲，而地鐵運行于隧道內(nèi)時，車內(nèi)噪聲主要受輪軌噪聲的影響，因此，以輪軌噪聲為橋梁，建立鋼軌粗糙度與車內(nèi)噪聲之間的量化關(guān)系。為此，首先通過線路試驗，獲取正常運營情況下列車的車內(nèi)噪聲與輪軌噪聲，再通過兩者之間的頻譜能量差得到列車的噪聲傳遞函數(shù)，并利用實測數(shù)據(jù)驗證通過傳遞函數(shù)方法計算車內(nèi)噪聲的可靠性；然后建立輪軌噪聲預(yù)測模型，并對其進(jìn)行驗證，然后以不同波長，不同幅值的鋼軌粗糙度作為輸入，計算輪軌噪聲，再通過實測的車體噪聲傳遞函數(shù)計算車內(nèi)噪聲，然后根據(jù)車內(nèi)噪聲限值判斷此時車內(nèi)噪聲是否超標(biāo)，如未超限，進(jìn)一步提高相應(yīng)鋼軌粗糙度的幅值，直到車內(nèi)噪聲超標(biāo)，此時可將該幅值下的鋼軌粗糙度作為基于車內(nèi)噪聲控制的鋼軌粗糙度限值。同時，作者將考慮不同的運營速度、不同的軌道結(jié)構(gòu)的影響，旨在建立一套完整的鋼軌粗糙度限值。
展開 當(dāng)動車高速行駛時，車外噪聲是典型的"多源耦合"系統(tǒng)——氣動噪聲（車頭、受電弓、車身縫隙）、輪軌噪聲（車輪、鋼軌、轉(zhuǎn)向架）、機(jī)械噪聲（電機(jī)、齒輪箱）相互疊加，不僅成為沿線環(huán)境的"干擾源"，更會通過車身結(jié)構(gòu)傳遞至車內(nèi)，直接影響乘客體驗。明確主要噪聲源的位置及貢獻(xiàn)占比，成為降噪設(shè)計的關(guān)鍵。
車外噪聲源識別的核心挑戰(zhàn)
移動聲源的動態(tài)特性干擾：動車高速移動會產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，傳統(tǒng)固定聲源波束形成方法無法實時跟蹤聲源位置，導(dǎo)致頻率與聲壓級測量偏差。
背景噪聲與空氣湍流影響：戶外測量中，風(fēng)噪會干擾傳聲器信號。動車通行和局部日照加熱引起空氣湍流，會降低陣列信號相干性，且高頻段相干長度縮短，進(jìn)一步影響測量精度。
空間分辨率不足與偽聲源干擾：傳聲器陣列設(shè)計和成像算法存在旁瓣效應(yīng)和聲源分不清問題，易產(chǎn)生“鬼影源”（非真實噪聲源），尤其在復(fù)雜噪聲場（如轉(zhuǎn)向架、受電弓多源疊加）中，難以精準(zhǔn)區(qū)分各聲源貢獻(xiàn)。
多噪聲源區(qū)分難度大：動車外部噪聲源涵蓋轉(zhuǎn)向架（輪軌、齒輪噪聲）、受電弓（氣動噪聲）、車身縫隙等，各聲源空間重疊、頻率耦合，需實現(xiàn)子部件級（如輪對）的精準(zhǔn)定位與量化。
陣列設(shè)計的場景適配問題：不同測試場景（如線路旁測轉(zhuǎn)向架、車站測受電弓）對陣列尺寸、傳聲器分布要求不同，需平衡空間分辨率、測量距離與抗干擾能力。
HBK解決方案
HBK能夠提供完整的解決方案，噪聲云圖疊加在軌道車輛的圖像上，可清晰查看車輛各部件（如車頭或第一個轉(zhuǎn)向架）的聲壓、聲壓貢獻(xiàn)密度和聲強(qiáng)等信息，并深入了解聲音的輻射特性。
通過對軌道車輛整體或局部進(jìn)行聲成像，能夠區(qū)分氣動噪聲與輪軌、輪枕相互作用產(chǎn)生的滾動噪聲。還可針對受電弓等較小區(qū)域進(jìn)行分析，并計算其聲功率貢獻(xiàn)量，按重要性對不同區(qū)域進(jìn)行排序。
展開 CAE技術(shù)在高速列車隔聲降噪方面的應(yīng)用
高速列車的研發(fā)中的一個重要課題就是列車的噪聲問題。隨著列車運行速度的提高，列車的噪聲問題越來越嚴(yán)重，當(dāng)噪音傳入客室內(nèi)，一般來說，速度每提高10km/h，噪聲相應(yīng)增加1～2dB(A)。高速列車的噪聲源主要包括輪軌噪聲和氣動噪聲。高速列車的噪聲傳入客室內(nèi)，直接影響旅客的乘坐舒適度，同時造成鐵路沿線的環(huán)境污染。傳統(tǒng)的車輛噪聲研究是應(yīng)用物理樣機(jī)在線路上進(jìn)行試驗，然后根據(jù)試驗結(jié)果對結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，這種方法在延長設(shè)計周期的同時，增加了設(shè)計成本。我公司在高速列車的隔聲降噪設(shè)計中引入了CAE技術(shù)，CAE技術(shù)在高速列車的隔聲降噪設(shè)計中的應(yīng)用分為兩部分，一是應(yīng)用結(jié)構(gòu)分析軟件和流體動力學(xué)仿真軟件對高速車輛結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，改變噪聲源的結(jié)構(gòu)，以達(dá)到降低噪聲的目的，例如優(yōu)化受電弓安裝座的結(jié)構(gòu)，并加裝導(dǎo)流罩，可大幅度降低受電弓部位的氣動噪聲；同時應(yīng)用噪聲仿真軟件對噪聲在車輛內(nèi)以及在周圍環(huán)境中的傳播進(jìn)行仿真，主要針對中低頻噪聲，應(yīng)用統(tǒng)計方法對高頻噪聲進(jìn)行分析，高速列車的噪聲既有中低頻噪聲，例如輪軌噪聲；也有高頻噪聲，例如氣動噪聲，通過對客室內(nèi)噪聲場的仿真，優(yōu)化客室內(nèi)裝結(jié)構(gòu)，達(dá)到改善隔音效果的目的，降低了客室內(nèi)的噪聲。
由于CAE技術(shù)的應(yīng)用，高速列車的隔音降噪設(shè)計在進(jìn)行物理樣機(jī)試驗以前就完成，縮短了設(shè)計周期的，同時降低了設(shè)計成本。
4、總結(jié)
通過上面的介紹，可以看出CAE技術(shù)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于高速列車研發(fā)項目中，CAE技術(shù)為高速列車研發(fā)提供了有力的保證。
展開 一、前言
振動噪聲控制具有十分廣泛的工程應(yīng)用，關(guān)系到汽車、飛機(jī)、航天器、機(jī)車車輛、高速輪軌、船舶、電子設(shè)備、土木建筑等眾多行業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計和改進(jìn)問題。懿朵科技自成立以來，一直致力于為客戶解決各類振動噪聲問題，并積累了大量的工程經(jīng)驗。為了讓國內(nèi)用戶更全面的了解振動噪聲產(chǎn)生機(jī)理，學(xué)習(xí)國際領(lǐng)先的振動噪聲控制技術(shù)，懿朵科技聯(lián)合法國Vibratec公司將在2017年3月17-18日于上海舉辦振動噪聲控制技術(shù)研討會。（本次研討會全程免費！！！）
法國VibraTec集團(tuán)成立于1986年，總部位于法國里昂，在德國慕尼黑和馬來西亞吉隆坡分設(shè)兩個子公司，作為世界領(lǐng)先的振動與噪聲控制領(lǐng)域?qū)＜遥琕ibraTec集團(tuán)三十年來一直致力于為客戶提供專業(yè)的振動與噪聲解決方案，在聲源診斷、故障排查、振動與噪聲分析、實驗臺設(shè)計等方面具有非常豐富的經(jīng)驗與技術(shù)，同時經(jīng)過三十余年的發(fā)展，VibraTec公司也開發(fā)了一系列專業(yè)軟件與工具，如聲屏障設(shè)計軟件SonorSoft、齒輪傳動振動聲學(xué)模擬軟件VibraGear、鐵路地面噪聲和振動預(yù)測軟件GroundVIB、鐵路輪軌噪聲預(yù)測軟件STARDAMP、聲源診斷儀NoiseScanner等。目前服務(wù)的行業(yè)涉及航空航天、石油化工、船舶、鐵路、汽車、機(jī)電等。
作為此次活動的主辦方，懿朵科技是一家以聲學(xué)服務(wù)為特色的專業(yè)工程軟件及服務(wù)提供商。擁有著一支經(jīng)驗豐富的聲學(xué)工程師團(tuán)隊，團(tuán)隊成員歷年來承接了大量振動與噪聲的工程咨詢項目，包括車輛NVH開發(fā)、噪聲主動控制（ANC）技術(shù)、聲品質(zhì)評價、有源聲屏障、電機(jī)降噪、風(fēng)機(jī)噪聲控制、整車噪聲分析等方面，涉及汽車、核能電力、航空、航天、船舶、兵器、機(jī)械裝備、家電、化工能源等領(lǐng)域，相關(guān)成果取得了廣大客戶的高度認(rèn)可。
展開 而高鐵運行時的噪聲會對環(huán)境產(chǎn)生重要負(fù)面影響，噪聲控制已然成為高速鐵路環(huán)境治理面臨的首要問題。高速鐵路噪聲由輪軌區(qū)噪聲、車體空氣動力噪聲、集電系統(tǒng)噪聲等組成，其中輪軌區(qū)是最主要的噪聲來源。聲屏障能有效抑制輪軌區(qū)域的噪聲傳播，從而降低總體噪聲輻射水平，因此得到廣泛應(yīng)用。實際工程中，中國高速鐵路大多采用2米或3米直立式聲屏障，此高度來源于長期工程經(jīng)驗的總結(jié)和出于結(jié)構(gòu)安全性等方面的考慮。
近年來，工程師試圖尋找更合理的聲屏障高度或更佳的幾何形式，從而實現(xiàn)更高的降噪量和更為經(jīng)濟(jì)的建造成本，因此迫切需要一種精確有效的數(shù)值模擬方法指導(dǎo)聲屏障設(shè)計改良。
行業(yè)挑戰(zhàn)
中國鐵路設(shè)計集團(tuán)有限公司（簡稱中國鐵設(shè)，原鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司）減振降噪實驗室主要任務(wù)是減振降噪工程技術(shù)研發(fā)（測試技術(shù)與仿真技術(shù)研發(fā)應(yīng)用），減振降噪產(chǎn)品開發(fā)及推動工程化應(yīng)用，振動、噪聲測試技術(shù)服務(wù)。
在高鐵聲屏障設(shè)計過程中，采用半解析公式計算聲屏障降噪量（插入損失），由于不能充分描述聲源和邊界條件信息，導(dǎo)致預(yù)測結(jié)果偏差較大，因此需要能夠模擬高速鐵路聲源特性、反映聲屏障吸聲系數(shù)、復(fù)雜幾何形式和聲學(xué)邊界條件的預(yù)測方法。
減振降噪實驗室的胡文林博士表示：“在沒有使用Actran之前，我們很難將聲學(xué)研發(fā)融入到聲屏障設(shè)計中。在設(shè)計過程中用半解析公式計算只能驗證一個點聲源或線生源的插入損失，不能計算復(fù)雜的幾何形狀和吸聲邊界，研究的產(chǎn)品也只限于直立式非吸聲屏障。”
注：插入損失指保持噪聲源、地形、地貌、地面和氣象條件不變情況下安裝聲屏障前后在某特定位置上的聲壓級之差，是描述聲屏障降噪量的指標(biāo)。
解決方案
在聲屏障降噪設(shè)計過程中仿真對象主要是高速鐵路輻射噪聲，需要建立大尺度、外場、寬頻域的模型。
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輪軌噪聲的最新內(nèi)容
如何精確定位和量化高鐵外部噪聲？6個月前
當(dāng)動車高速行駛時，車外噪聲是典型的"多源耦合"系統(tǒng)——氣動噪聲（車頭、受電弓、車身縫隙）、輪軌噪聲（車輪、鋼軌、轉(zhuǎn)向架）、機(jī)械噪聲（電機(jī)、齒輪箱）相互疊加，不僅成為沿線環(huán)境的"干擾源"，更會通過車身結(jié)構(gòu)傳遞至車內(nèi)，直接影響乘客體驗。明確主要噪聲源的位置及貢獻(xiàn)占比，成為降噪設(shè)計的關(guān)鍵。
圖1 鋼軌粗糙度測試
試驗方法
首先需要建立鋼軌粗糙度與車內(nèi)噪聲之間的量化關(guān)系，鋼軌粗糙度直接作用于輪軌系統(tǒng)，輻射輪軌噪聲，而地鐵運行于隧道內(nèi)時，車內(nèi)噪聲主要受輪軌噪聲的影響，因此，以輪軌噪聲為橋梁，建立鋼軌粗糙度與車內(nèi)噪聲之間的量化關(guān)系。
該模型由兩個車廂幾何結(jié)構(gòu)，代表輪軌相互作用噪聲產(chǎn)生的16個復(fù)雜聲源，包括不同吸收表面的軌道幾何結(jié)構(gòu)，代表轉(zhuǎn)向架區(qū)域內(nèi)部的通過噪聲麥克風(fēng)和虛擬麥克風(fēng)的傳感器組成，如圖11所示。
圖11：用于通過噪聲評估的射線追蹤模型。
噪聲源估算
在測試軌道上分別以60km/h，80km/h，100km/h和120km/h的恒定速度行駛。
高速鐵路引起的噪聲源主要包括列車高速運行時走行部的車輪與鋼軌產(chǎn)生的“輪軌噪聲
高速鐵路噪聲由輪軌區(qū)噪聲、車體空氣動力噪聲、集電系統(tǒng)噪聲等組成，其中輪軌區(qū)是最主要的噪聲來源。聲屏障能有效抑制輪軌區(qū)域的噪聲傳播，從而降低總體噪聲輻射水平，因此得到廣泛應(yīng)用。實際工程中，中國高速鐵路大多采用2米或3米直立式聲屏障，此高度來源于長期工程經(jīng)驗的總結(jié)和出于結(jié)構(gòu)安全性等方面的考慮。
高速鐵路噪聲由輪軌區(qū)噪聲、車體空氣動力噪聲、集電系統(tǒng)噪聲等組成，其中輪軌區(qū)是最主要的噪聲來源。聲屏障能有效抑制輪軌區(qū)域的噪聲傳播，從而降低總體噪聲輻射水平，因此得到廣泛應(yīng)用。實際工程中，中國高速鐵路大多采用2米或3米直立式聲屏障，此高度來源于長期工程經(jīng)驗的總結(jié)和出于結(jié)構(gòu)安全性等方面的考慮。
，例如輪軌噪聲；也有高頻噪聲，例如氣動噪聲，通過對客室內(nèi)噪聲場的仿真，優(yōu)化客室內(nèi)裝結(jié)構(gòu)，達(dá)到改善隔音效果的目的，降低了客室內(nèi)的噪聲。
提供中文翻譯
主講人：
Koen Delanghe博士，西門子STS 3D聲學(xué)和結(jié)構(gòu)動力學(xué)仿真資深產(chǎn)品線經(jīng)理
石銀明博士，西門子STS 產(chǎn)品技術(shù)總監(jiān);
詹福良博士，西門子STS 3D 聲學(xué)仿真產(chǎn)品經(jīng)理
張智淵，西門子STS 3D 聲學(xué)仿真高級工程師
張釗，西門子STS MBSE系統(tǒng)仿真產(chǎn)品經(jīng)理
王諦，西門子STS測試技術(shù)高級工程師
圣小珍，西南交大國家千人計劃特聘教授
趙悅，西南交大輪軌振動噪聲博士
提供中文翻譯
主講人：
Koen Delanghe博士，西門子STS 3D聲學(xué)和結(jié)構(gòu)動力學(xué)仿真資深產(chǎn)品線經(jīng)理
石銀明博士，西門子STS 產(chǎn)品技術(shù)總監(jiān);
詹福良博士，西門子STS 3D 聲學(xué)仿真產(chǎn)品經(jīng)理
張智淵，西門子STS 3D 聲學(xué)仿真高級工程師
張釗，西門子STS MBSE系統(tǒng)仿真產(chǎn)品經(jīng)理
王諦，西門子STS測試技術(shù)高級工程師
圣小珍，西南交大國家千人計劃特聘教授
趙悅，西南交大輪軌振動噪聲博士
提供中文翻譯
主講人：
Koen Delanghe博士，西門子STS 3D聲學(xué)和結(jié)構(gòu)動力學(xué)仿真資深產(chǎn)品線經(jīng)理
石銀明博士，西門子STS 產(chǎn)品技術(shù)總監(jiān);
詹福良博士，西門子STS 3D 聲學(xué)仿真產(chǎn)品經(jīng)理
張智淵，西門子STS 3D 聲學(xué)仿真高級工程師
張釗，西門子STS MBSE系統(tǒng)仿真產(chǎn)品經(jīng)理
王諦，西門子STS測試技術(shù)高級工程師
圣小珍，西南交大國家千人計劃特聘教授
趙悅，西南交大輪軌振動噪聲博士
