一种高速列车铝型材与声腔的耦合损耗因子实验方法与流程

本发明属于轨道交通车辆行业的NVH预测领域，涉及一种高速列车铝型材与声腔的耦合损耗因子实验方法。

背景技术：

根据国内外高速列车铝型材与声腔的耦合损耗因子分析方法，一种是利用有限元法对铝型材的辐射效率进行实验从而计算获得耦合损耗因子，此方式获取的耦合损耗需要经过长时间的计算，并且只能较准确的预测低频的耦合损耗因子；另一种是利用实验的方式获取，实验用到的激振器属于力激励和实际高速列车以噪声激励存在一定的误差。

基于统计能量分析法对高速列车铝型材与声腔的耦合损耗因子进行实验获取，从而为高速列车设计阶段统计能量分析法等效预测模型提供理论指导。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：基于上述问题，本发明提供一种高速列车铝型材与声腔的耦合损耗因子实验方法。

本发明解决其技术问题所采用的一个技术方案是：一种高速列车铝型材与声腔的耦合损耗因子实验方法，包括以下步骤：在隔声室中对车体铝型材的隔声测试分别获得发声室和接收室内声腔的声压；隔声测试过程中铝型材上振动加速度测试；对发声室和接收室内声腔的混响时间进行测试；利用半功率带宽法获取铝型材模态密度；基于统计能量分析法对车体铝型材与声腔的耦合损耗因子进行计算分析。

具体包括以下步骤：

(1)选择高速列车车体铝型材样件；

(2)将高速列车车体铝型材样件安装到隔声测试的实验洞口；

(3)利用油灰对样件四周进行密封处理保证无声泄露的地方，同时利用夹具对铝型材进行固定；

(4)依据隔声测试标准GB/T19889.3-2005分别在发声室和接收室布置12个传声器，以及在墙角放置12面无指向性声源；

(5)在车体铝型材样件的发声室一侧和接收室一侧分别随机布置10个加速度传感器；

(6)声源置于发声室中进行发声室和接收室声压的测试，同时测试获取铝型材样件上的加速度响应；

(7)声源分别置于发声室和接收室进行混响时间测试；

(8)利用半功率带宽法获取铝型材模态密度；

(9)计算出发声室能量、收室能量频谱图、铝型材能量、发声室内损耗因子、接收室内损耗因子、发声室输入功率频谱、发声室和接收室模态密度、发声室到接收室的耦合损耗因子、接收室到发声室的耦合损耗因子，基于统计能量分析法计算车体铝型材与声腔的耦合损耗因子。

本发明的有益效果是：能够较为准确的计算高速列车车体铝型材与声腔的耦合损耗因子，可以帮助研究人员准确建立高速列车统计能量法等效预测模型。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是发声室能量频谱图；

图2是接收室能量频谱图；

图3是铝型材能量频谱图；

图4是发声室内损耗因子频谱图；

图5是接收室内损耗因子频谱图；

图6是发声室输入功率频谱图；

图7是发声室模态密度频谱图；

图8是接收室模态密度频谱图；

图9是发声室到接收室的耦合损耗因子频谱图；

图10是接收室到发声室的耦合损耗因子频谱图；

图11是铝型材和声腔之间的耦合损耗因子频谱图；

图12是高速列车铝型材能量传递示意图；

其中：1.发声室，2.铝型材，3.接收室。

具体实施方式

现在结合具体实施例对本发明作进一步说明，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。

(1)在声学实验室内依据GB/T19889-2005对车体结构进行隔声量的频谱测试，首先对发声室和接收室的平均声压进行测试，然后依据公式(1)分别计算发声室和接收室能量

式中：V表示发声室或接收室体积；P表示发声室和接收室内声压；ρ表示空气密度；C表示声音在声腔中的传递速度。发声室和接收室能量频谱图见图1、2。

(2)在隔声测试的同时分别对铝型材上的加速度响应进行测试，依据公式(3)计算获得铝型材在声激励情况下的能量

E＝Mν² (2)

式中：M表示铝型材样件的质量；ν表示铝型材表面平均速度响应。铝型材能量频谱见图3。

(3)在进行完隔声测试后，依据GB/T 20247-2006对发声室和接收室内的混响时间测试，从而通过公式(3)计算获得发声室和接收室内的内损耗因子，

式中：T₆₀表示混响时间；f表示分析频率。发声室和接收室内的内损耗因子频谱图见图4、5。

(4)在隔声测试和混响时间测试后，通过公式(4)计算获得发声室内的输入功率，

P₁＝L_w-10log(4/A) (4)

式中：A表示发声室声腔的吸声量，L_w表示声腔内的声压级。发声室输入功率频谱见图6。

(5)在计算获得发声室和接收室内声腔的能量以及接收室内声腔的内损耗因子之后，可以通过公式(5)计算获得发声室到接收室耦合损耗因子，

式中：η₁₃表示发声室到接收室耦合损耗因子；η₃表示接收室声腔内损耗因子；E₁和E₃分别表示发声室和接收室内声腔的能量。发声室到接收室的耦合损耗因子频谱图见图9。

(6)发声室和接收室声腔的模态密度通过公式(6)计算获得，

式中：V₀为声腔的体积；C_a为空气中的声速；A_s为声腔的表面积；l_e为声腔的周长。发声室和接收室模态密度频谱图见图7、8。

(7)基于半功率带宽法中铝型材的加速度频响函数结果，使用模态计数法，通过统计共振峰的数量获得铝型材的模态密度。

(8)在通过计算获得的发声室和接收室声腔的模态密度，根据统计能量分析法的互易性公式(7)计算获得接收室到发声室之间的耦合损耗因子。

接收室到发声室的耦合损耗因子频谱图见图10。

(9)在获得发声室声腔的输入功率、发声室声腔的内损耗因子、发声室和接收室内的声腔的能量、接收室到发声室的耦合损耗因子的情况下，通过公式(8)和统计能量法互易性原理n₁η₁₂＝n₂η₂₁，计算获得铝型材与声腔的耦合损耗因子。

图12是高速列车铝型材和声腔的耦合损耗因子实验示意图。

由统计能量分析法的功率流平衡关系，可得：

式中：P表示输入功率，其中P₂和P₃等于零；ω为角频率；η_i表示子系统的内损耗因子；E_i表示子系统内的能量；η_ij表示子系统之间的耦合损耗因子。

通过测试获得P₁发声室声源输入功率、η₁发声室声腔内损耗因子、E₁、E₂、E₃发声室、铝型材、接收室内的能量、η₁₃发声室到接收室的耦合损耗因子、η₃₁接收室到发声室的耦合损耗因子，再通过统计能量法互易性原理n₁η₁₂＝n₂η₂₁，测试获得铝型材的模态密度n₂，同时根据η₂₁＝η₂₃，计算获得铝型材到声腔的耦合损耗因子以及声腔到铝型材的耦合损耗因子。铝型材和声腔之间的耦合损耗因子频谱图见图11。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。