Page 135 - 应用声学2019年第5期

第 38 卷 第 5 期 刘世亮等： 阻尼贴片式高速列车车轮振动声辐射试验分析 887

点 2)、轮辋(测点3)和踏面(测点4)布置加速度计拾
0 引言
振，如图 3 所示，测试获取车轮的频率响应函数，得
伴随着列车运行速度的不断提升，铁路噪声严 到车轮的固有频率。
重影响乘客乘坐的舒适度以及铁路周边居民的居
住环境 [1−2] ，已成为制约我国铁路发展的主要问题
之一。铁路噪声主要包括轮轨噪声、弓网噪声、牵
引噪声和空气动力学噪声等，当列车运行速度小
于 250 km/h 时，轮轨噪声是列车主要的噪声源 [3] ，
其中车轮的振动声辐射是轮轨噪声的主要组成部
分。目前国内已有一些降低车轮振动及声辐射的研
究，Fang 等 [4] 以单位力为输入，研究了直型、斜曲 图 1 径向敲击
型和波浪型 3 种不同辐板类型对车轮振动声辐射的 Fig. 1 Radial percussion
影响；韩建等 [5] 通过数值方法研究了不同参数对车
轮振动声辐射的影响。Jones 等 [6] 采用有限元模态
分析和 TWINS 软件对辐板区域粘贴层状约束阻尼
的车轮进行了计算分析，结果表明采用 1 mm 厚度
阻尼层和 1 mm 厚度约束层处理直径为 860 mm 的
车轮降噪效果为 3∼5 dB。意大利 ETR500 高速列
车测试现场采用约束层为 1 mm 铝板的阻尼处理车
轮，试验表明运行速度在200∼300 km/h 时，可降低
[7]
滚动噪声4∼5 dB 。Cervello等 [8] 基于多目标优化
图 2 轴向敲击
实验设计方法对横截面声学性能优化车轮进行约
Fig. 2 Axial percussion
束阻尼处理，通过仿真计算的结果认为该方法对车
轮滚动噪声产生将近 10 dB(A) 的降噪效果。本文
不同之处在于阻尼层与辐板之间又多了一层约束
层，继续探究阻尼车轮的声辐射降噪效果。同样的 
还有一些降低振动声辐射的技术，例如弹性车轮、阻 

尼车轮、阻尼环装置、辐板屏蔽式阻尼车轮等 [9−10] 。
增加车轮阻尼是抑制轮轨噪声的有效手段 [11] 。  

常见的阻尼结构有自由阻尼结构和约束阻尼结构。
自由阻尼结构是将阻尼材料直接粘贴或者喷涂在 
金属构件上，而约束阻尼结构是在自由阻尼层结构 F2

的外侧再粘贴一层薄薄的金属约束面层，由于阻尼 F1
层与基本结构接触表面所产生的拉延变形不同于 图 3 测点布置图
约束层接触表面的拉延变形，在阻尼材料内部产生 Fig. 3 Station layout
剪切变形，从而将振动能转换为热能耗散掉 [12] ，达 1.2 模态计算
到减振降噪的目的。
对直径为 840 mm 的标准车轮建立有限元模
型，车轮材料参数为密度 7800 kg/m ，泊松比 0.3，
3
1 模态试验与计算分析
弹性模量 210 GPa。车轮振动模态在面内分为径向
1.1 试验介绍 (r, n)、周向 (c, n) 振动模态，面外为轴向 (m, n)振动
通 过 B&K8206-002 力 锤 与 B&K4508 加 速 度 模态。其中 m代表节圆数，n 代表节径数。图4给出
计进行振动信号采集，力锤敲击作为激励输入， 了标准车轮显著的径向模态、0 节圆轴向模态、1 节
如图 1 和图 2 所示；接着在车轮辐板 (测点 1、测 圆轴向模态对应固有频率和模态振型。