高速列车阻尼喷涂式铝型材减振降噪特性试验

王瑞乾，肖新标，刘 佳，金学松

（西南交通大学 牵引动力国家重点实验室，成都610031）

高速列车阻尼喷涂式铝型材减振降噪特性试验

王瑞乾，肖新标，刘 佳，金学松

（西南交通大学 牵引动力国家重点实验室，成都610031）

为探究某种阻尼材料对高速列车铝型材地板的减振降噪效果，以波纹状铝型材为基板，先后对其喷涂厚度为2 mm和4 mm的阻尼层，并在隔声室中进行空气声隔声及结构振动声辐射的测试及比对分析。结果显示，随阻尼层厚度的增加，铝型材的空气声隔声效果增加，尤其在500 Hz之后的中高频段；其中，2 mm阻尼层能在铝型材裸板的基础上使计权隔声量提高4.5 dB，阻尼层厚度增至4 mm，计权隔声量再提高2.4 dB。在100 Hz～250 Hz，2 mm阻尼层对降低铝型材的振动声辐射水平起反作用，而4 mm阻尼层能够起到一定作用；在315 Hz～400 Hz，阻尼层厚度对其振动声辐射几乎没有影响；500 Hz以上，随阻尼层厚度的增加，铝型材振动声辐射水平大大降低，其中，500 Hz、1 250 Hz和3 150 Hz三个频段的降低量最为显著。

振动与波；减振降噪；铝型材；阻尼；隔声；振动声辐射

车内噪声已经成为高速列车持续发展的一个亟待解决的问题。对高速列车车内噪声的仿真[1,2]和测试[3]表明，车厢地板处结构和空气传声是车内噪声的主要贡献之一，明确了提高地板隔声性能的必要性。随着列车的轻量化发展，铝合金型材已经成为现役高速列车地板结构的主体材料[4]。为提高车体地板隔声性能，改善车内声场环境，对铝型材地板的减振降噪优化就变得十分必要。提高铝型材地板隔声性能的常用方法包括结构优化、材质优化、粘贴隔音垫、喷涂阻尼等。沈火明等[5]，建立了高速列车波纹外地板声学特性仿真模型,根据结构传递损失评价其隔声性能，并探寻隔声性能优越的外地板类型和结构型式。沈艳祥等[6]对动车组中的三种地板型式进行了隔声测试，并根据声源频谱特性对地板隔声性能提出了针对性要求。

针对喷涂阻尼材料的波纹状铝型材制作的高速列车车厢地板，采用试验方法探究其阻尼材料对铝型材的减振降噪效果。考虑到高速列车地板向车内的传声主要包括两部分，一部分为车外噪声透过地板向车内的空气声传播；另一部分为地板自身振动引起的结构声辐射。因此，分别进行空气声隔声和结构振动声辐射的试验研究。

1 试验概述

试验中以波纹状铝型材裸板为基板，作为待测试件1，如图1所示；再对铝型材内侧（面对车内的一侧）喷涂2 mm阻尼材料，形成试件2，如图2所示；接着，在试件2基础上继续喷涂阻尼材料直至4 mm，形成试件3，如图3所示。按先后顺序，将待测试件分别进行空气声隔声和结构振动声辐射测试。

图1 无阻尼材料铝型材

图2 2 mm阻尼材料铝型材

图3 4 mm阻尼材料铝型材

图4 隔声测试现场

1.1 空气隔声的测量

空气隔声测试在隔声室中进行，依据国家标准标GB/T 19889-2005《建筑和建筑构件隔声测量第3部分：建筑构件空气声隔声的实验室测量》[7]，将试件置于测试洞口内，用螺栓将试件固定牢靠后，周边用密封胶密封。试件安装完毕后如图4所示。测试工况详见表1。

表1 测试工况一览

分别于声源室和接收室测得1/3倍频程内各频带的平均声压级分别为L1和L2，测试中心频率为100 Hz～3 150 Hz；所得到的声压级代入式(1)，可求得试件各频带的隔声量

式中R为隔声量，单位dB；L1为声源室内平均声压级，单位dB；L2为接收室内平均声压级，单位dB；S为试件表面积，单位m2；T为接收室内混响时间，单位s；V为接收室的容积，单位m3。

工程上，通常以计权隔声量Rw作为被测试件隔声量的单值评价标准。根据国家标准GB/T 50121-2005《建筑隔声评价标准》[8]，将已测隔声构件在1/3倍频程下的隔声曲线与规定的参考曲线族进行比较，从而得到试件的计权隔声曲线，该曲线在500 Hz频率下的隔声量即作为计权隔声量Rw。

1.2 振动声辐射特性的测量

为了探究该种阻尼材料对铝型材振动声辐射特性的影响，在表1工况的基础上，开展铝型材振动声辐射特性的试验。

试验中仍然将待测试件安装于隔声室洞口，用激振器在声源室一侧对试件进行白噪声激励，如图5所示，为使三个工况之间具有良好的可对比性，激励点的位置均要保持相同。同时，在铝型材面向接收室的一侧布置振动传感器，传感器的位置随机选取12个，均匀布于面板上；由于数采通道数量的限制，每次选取4个测点进行测试，测试3次；同样，出于可对比性的考虑，传感器布点位置在三个工况中要保持相同。声辐射的测试在接收室中进行，接收室内随机布有6个传声器，在采集振动信号的同时，测得接收室内的平均声压级，如图6所示。

图5 激振器激励

图6 振动与声辐射特性测试

2 隔声结果及分析

三块试件的隔声测试结果如图7所示，为1/3倍频程下的频率隔声曲线。

图7 频率隔声曲线

在100 Hz～250 Hz频段内，试件2的隔声量与试件1相差无几，试件3的隔声量比试件2增加0.7 dB～1.1 dB，按照质量定律，质量每增加3 kg，隔声量提升约0.8 dB，可见试件3与试件2的关系基本符合质量定律，而试件2与试件1的关系则不符合质量定律，据此推测，铝型材裸板在喷涂2 mm阻尼材料后，此频段的结构振动声辐射不但没有被抑制，反而被加强，从而导致其隔声量没有因质量增加而得到应有的提升。在3 15 Hz～400 Hz，三条曲线随质量的增加而呈现由低到高平行排列，相邻曲线间相距约0.9 dB，可见在此频段内，三者的关系基本符合质量定律。在500 Hz～3 150 Hz，三条曲线之间的差距变大，质量定律的影响已经相对很小，其中，试件2的隔声量比试件1提升了4.4 dB～6.6 dB，试件3的隔声量比试件2提升了1.7 dB～3.4 dB，可见，该阻尼对于铝型材中高频隔声量的提升效果十分显著。

随着阻尼层厚度的增加，试件的计权隔声量大小呈现递增趋势。其中，试件2的计权隔声量比试件1增加4.5 dB，试件3的计权隔声量比试件2增加2.4 dB，可见在试件2的基础上继续喷涂2 mm阻尼材料，与在试件1的基础上喷涂2 mm阻尼材料相比，其对整体隔声量的提升作用前者较大。

3 振动声辐射结果及分析

对每块试件12个振动测点在1/3倍频程下的振动级曲线取平均，得到各自的平均振动级曲线，如图8所示；接收室内的平均声压级曲线由6个传声器测得声压级曲线取平均得到，如图9所示。

图8 铝型材地板平均振动级

如图8，在250 Hz以下，试件2的平均振动级最大，说明喷涂2 mm阻尼材料后，铝型材的结构振动不减反增，可能由于2 mm阻尼层加强了铝型材在此频段的共振，而试件3的平均振动级最小，说明4 mm阻尼材料能够对铝型材的自身结构减振起到一定作用，这一结果恰好验证了图7中低频段隔声规律产生原因的推测；在315 Hz～400 Hz，三者相差无几，表明该阻尼对这两个频段的结构减振没有影响；在500 Hz～3 150 Hz，随着阻尼层厚度的增加，三块试件的平均振动级曲线呈现由高到底的形态，其中，试件2与试件1相比，尤以500 Hz、1250 Hz和 3 150 Hz的减振效果比较明显，分别为3.5 dB、8.8 dB和9.4 dB，相比试件2，试件3在各个频段的振动级呈现平行下降态势，降低量约2 dB，可见在试件2的基础上继续喷涂2 mm阻尼材料，与在试件1的基础上喷涂2 mm阻尼材料相比，其对于结构的减振作用不及后者，与隔声测试结果的规律相一致。

图9 接收室内平均声压级

如图9所示，由于接收室内的声场完全由铝型材的振动引起，故其声辐射测试结果与图8平均振动级的结果呈现高度一致性。在100 Hz～250 Hz，试件2的声辐射水平最高，试件3最低；在315 Hz～400 Hz，三者持平；在500 Hz～3 150Hz，随阻尼层厚度增加，三块试件的声压级曲线呈现由高到底的形态，且在500 Hz、1250 Hz和3 150 Hz，声辐射水平的降低量最为明显。

4 结语

为评价一种阻尼材料对高速列车铝型材地板的减振降噪效果，分别将喷涂2 mm及4 mm该阻尼的铝型材地板进行空气声隔声和结构振动声辐射的测试分析，得到如下结论：

（1）整体上，随着阻尼层厚度的增加，铝型材的空气声隔声效果增加。尤其在500 Hz之后的中高频段，其隔声量的提升十分显著；

（2）2 mm阻尼层能在铝型材裸板的基础上使计权隔声量提高4.5 dB，继续喷涂阻尼至4 mm，能使计权隔声量再提高2.4 dB；后喷涂的2 mm阻尼对计权隔声量的提升作用不及前者；

（3）在100 Hz～250 Hz频段内，2 mm阻尼层可能由于加强了铝型材的共振，导致其振动声辐射水平不减反增，而4 mm阻尼层能够对其振动声辐射水平的降低起到一定作用，解释了此频段内空气声隔声规律不符合质量定律的现象。在315 Hz～400 Hz，2 mm和4 mm阻尼层对于铝型材振动声辐射水平无明显影响；

（4）在500 Hz之后，随着阻尼层厚度的增加，铝型材的振动声辐射水平降低，尤以500 Hz、1 250 Hz和3 150 Hz处的降低量最为显著；后喷涂的2 mm阻尼对结构减振及声辐射水平的降低效果不及前者。

[1]Yu Yu.Prediction of interior noise in a cabin of high speed train using FE-SEA hybrid methods[C].Inter-Noise 2011, Osaka,Japan,2011.

[2]黄 捷，崔宏飞，殷学文.城市轨道车辆车内噪声特性研究[J].噪声与振动控制，2010，30(2)：62-65.

[3]邢淑梅，刘 岩，张小排.高速铁路动车组噪声测试与分析[J].噪声与振动控制，2009，29(2)：79-81.

[4]王云飞.国内轨道车辆用铝型材分析[J].有色金属加工，2012，41(2)：1-4.

[5]沈火明，高速列车波纹外地板低噪声优化设计[J].交通运输工程学报，2011，11(2)：65-71.

[6]沈艳祥.高速动车组地板结构隔声实验及仿真研究[D].北京：北京交通大学，2009.

[7]全国声学标准化技术委员会，GB/T 19889-2005建筑和建筑构件隔声测量第3部分：建筑构件空气声隔声的实验室测量[S].北京：中国标准出版社，2007.

[8]中华人民共和国建设部，GB/T 50121-2005建筑隔声评价标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2005.

Experiments on Vibration and Noise Reduction Effect of Sprayed-damping Section Aluminum Applied to High-speed Trains

WANG Rui-qiang,XIAO Xin-biao,LIU Jia,JIN Xue-song

(State Key Laboratory of Traction Power,Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031,China)

In order to clearly understand the effect of sprayed-damping on vibration and noise reduction of section alum inum floor of high-speed trains,a corrugated alum inum is used as the substrate and sprayed w ith 2 mm and 4 mm thick damping layers on it respectively.Then,the tests of the sound insulation,structural vibration and noise radiation are conducted in a laboratory.The test results show that as the thickness of the damping layer increases,the sound insulation effect increases,especially in the medium and high frequency range above 500 Hz.Sticking 2 mm thick damping layer on the corrugated alum inum floor can increase the weighted sound insulation by 4.5 dB compared w ith the corrugated alum inum floor w ithout damping.When the thickness of the damping layer increases to 4 mm,the weighted sound insulation increases by 2.4 dB in comparison w ith 2 mm thick damping layer.In the range of 100 Hz～250 Hz,the 2 mm thick damping layer has negative effect on the reduction of vibration and noise radiation,but 4 mm thick damping layer has somewhat effect on noise and vibration reduction.In the frequency range from 315 Hz to 400 Hz,the damping layers of 2 mm and 4mm thicknesses have little sound insulation effect.When the frequency exceeds 500 Hz,w ith the increasing of the damping layer thickness,the vibration and noise radiation level of the section aluminum can be remarkably reduced,especially for the frequencies of 500 Hz,1 250 Hz and 3 150 Hz.

vibration and wave;vibration and noise reduction;aluminum profile;damping;sound insulation; vibration and noise radiation

1006-1355(2014)04-052-04

TB53；U270.1+6 < class="emphasis_bold">文献标识码：A DOI编码：

10.3969/j.issn.1006-1335.2014.04.012

2013-10-10

国家863计划(2011AA11A103-2-2)；教育部创新团队(IRT1178)

王瑞乾（1988-），男，河北保定人，硕士研究生，目前从事噪声与降噪技术研究。

E-mail:ruiquanwang@163.com

金学松，男，教授，博导。

E-mail:xsjin@home.sw jtu.edu.cn