轨道交通车体模态分析与隔声阻尼材料研究

1.车体模态分析

车体作为列车内环境的载体，是影响列车振动、列车内环境噪声特性的关键部件。车体、车厢模态分析能揭示其声学特性。

模态是结构的固有振动特性，包括固有频率、阻尼比和振型等模态参数。这些模态参数可以通过计算或试验获取，通过计算或试验分析得到模态参数的过程就是模态分析。模态分析分为计算模态分析和试验模态分析。计算模态分析是指通过有限元计算获得模态参数的过程；试验模态分析则是通过对试验采集的信号进行参数识别，获得模态参数的过程。

车体结构模态有多阶，通常关注影响比较大的前几阶固有频率和固有振型，为运行模态试验测点布置、振动噪声优化提供依据。

模态参数不受列车外环境的影响，但不同速度级、不同线路工况、不同风速时，因振型、阻尼的缘故，列车外环境噪声经车体传递到列车内环境的响声级也不一样。

车体附着内饰变成车厢后，对列车外环境噪声的传递函数又有新的变化。如果选用合适阻尼材料，并添加在振型的特定节点上，则进入列车客室的噪声会被最大限度地减弱。(www.xing528.com)

2.车用隔声阻尼材料

可用于轨道交通列车的阻尼材料有多种，阻尼材料可加工成不同结构形式，叠加在车体或列车的部件上。颗粒阻尼作为一种结构简单的减振方式，以其显著的减振性能而被广泛应用于各种需要减振的场合，列车车轮减振同样采用了颗粒阻尼。

振动响应以及车轮模态阻尼比的变化分析发现，颗粒的质量比、占空比、材质、直径以及分布间隔数都会影响其阻尼特性，并均存在一个最优值。其中，占空比、间隔数对整体效果的影响比较明显，质量比的作用相对较弱。振动响应分析还发现，车轮在外界激励下，振动剧烈的位置主要集中在踏面和辐板，通过更改结构的模态阻尼比，模拟颗粒阻尼环对其振动特性的影响，可以看出中频段模态阻尼比的变化对结构振动的抑制效果较为理想。

车轮表面声压、辐射声功率、辐射效率分析发现，噪声能量频率主要集中在某频段内，噪声贡献较大的模态正处于此频段。分析车轮的板块贡献量发现，车轮内、外腹板对车轮噪声的贡献量最大，而指向性分析则表明噪声主要集中在与轴线呈30°的空间范围内。提升结构的模态阻尼比，可以很好地控制车轮噪声，并且中频段的模态阻尼比的变化均化各板块的贡献量，使得减振降噪效果最佳。