Page 125 - 《应用声学》2021年第6期

第 40 卷 第 6 期 潘爱鹏等： 湍流边界层激励下高速列车车窗参数研究 921

入，对计算获得的多次壁面压力进行综合平均后得 在此处接收到的声压值。将其边界条件设为简支状
到了300 km/h时速下高速列车车窗在TBL激励下 态 [13] ，其建立的预测模型如图 3 所示。表 1 中给出
的壁面压力，其中图 2 给出了 200 Hz 对应的壁面压 了在壁面压力获取阶段所需要的车窗外侧玻璃参
力图。 数，内侧玻璃厚度为 4 mm，其余参数与外侧玻璃一

致，双侧玻璃阻尼损耗因子均为 0.005，空腔厚度为
表 1 车窗外侧玻璃参数和外流体参数
16 mm，空腔阻尼损耗因子为 0.05 [13] 。基于上述模
Table 1 Window parameters and fluid pa-
型，分别研究了空腔厚度、双层玻璃厚度比以及空
rameters
腔阻尼损耗因子这 3 个参数对车窗在 TBL 激励下
参数名称 参数值 声振响应的影响。
车窗外侧玻璃参数 车窗长度 988 mm
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车窗宽度 969 mm
外侧车窗厚度 10 mm ͜ਖ٨
车窗密度 2500 kg/m 3
泊松比 0.24
杨氏模量 4.85 × 10 10 Pa
外流体参数 来流速度 83.3 m/s
空气密度 1.21 kg/m 3
流体运动黏度 1.5 × 10 −5 TBL༏ҵ
ᢼቔፇ౞

⊲ 图 3 车窗结构有限元模型
⊲ ⊲
⊲ ⊲ Fig. 3 Finite element model of windows on high
⊲ ⊲
⊲ ⊲ Re(Pressure) speed trains under TBL
⊲
y/m ⊲ 
⊲
⊲ ֓⊲ 2.1 空腔厚度对车窗声振响应的影响
֓⊲
⊲ ֓⊲
⊲ ֓⊲ 保持车窗其他参数不变，将空腔厚度分别调整

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 为 8 mm、12 mm、16 mm、20 mm 和 24 mm 共计 5
x/m
个工况。其中，16 mm 为我国某高速列车车窗空腔
图 2 高速列车车窗 200 Hz 下壁面压力
厚度。图4 给出了内侧玻璃的平均速度响应，图5 给
Fig. 2 Wall pressure of windows on high speed
出了内侧玻璃辐射声功率级，图 6 给出了距离内侧
trains under TBL
玻璃0.3 m处的声压级，图7给出了内侧玻璃的辐射
2 车窗声振特性及参数研究 效率。
通过声振分析软件建立了我国某高速列车车 -80 8 mm
窗在 TBL 激励下的声振响应预测模型。首先建立 -100 12 mm
16 mm
了内外侧玻璃的有限元模型，单元类型为 2D 壳单 20 mm
24 mm
元，网格大小为19 mm，共有5304个2D 壳单元。基 ᤴए־ऄጟ/dB (ref=1 m/s) -120
于车窗内外侧玻璃的有限元模型在声振分析软件 -140
中拉伸出内外侧玻璃之间的空腔，对该空腔结构也
进行了网格划分，单元类型为3D实体单元。将车窗 -160
玻璃与空腔进行连接形成完整的车窗结构。在内侧
-180
玻璃旁车厢内以垂直于车窗的形式建立半径大小 63 125 250 500 1000 2000
为1 m 的半圆形声音辐射接收面 a 用以探究辐射声 1/3φᮠሮ˗ॷᮠဋ/Hz
音的强弱和分布随距离的变化而产生的变化，并且 图 4 内侧玻璃平均速度响应
在距离内侧玻璃 0.3 m 处设立传感器用以模拟乘客 Fig. 4 Average velocity response of inside glass