动车组头车声固耦合模态分析及多目标优化

来源：振动与冲击杂志2024年第8期北京时间：

作者：于洋,，曹启军，刘春艳，陈秉智，于春洋

单位：1.中车长春轨道客车股份有限公司，长春130021；2.大连交通大学机车车辆工程学院，辽宁大连116028

摘要：目前针对高速列车领域声固耦合共振现象的产生机理和影响因素尚缺乏深入探讨，并且基于声固耦合共振理论的车体优化设计也需进一步开展。本研究基于模态等效和质量等效原则建立动车组头车有限元模型，分别进行结构模态、声场模态和考虑内外声场影响的声固耦合模态分析。分析结果表明：结构模态频率符合头车设计规范；声场模态存在与结构模态相近的特征频率，为后续耦合共振优化提供依据；内外声场的耦合作用导致结构和声场系统的模态参数变化，论证了模态分析中考虑声固耦合因素的必要性。基于模态分析结果，对动车组头车结构进行了两项优化设计：以车体质量最小化为目标，车身厚度为设计变量，在满足一阶垂弯模态频率约束条件下进行车体减重设计；为避免耦合共振影响，提取结构和声场固有频率值接近的模态阶次，将二者的频率差最大化作为优化目标，引入车体减重设计模型，形成头车轻量化与舒适性指标同步提升的多目标优化体系。

关键词：动车组；声固耦合模态；耦合共振；轻量化设计；多目标优化