【机情无限 精彩毕设】机械2026届毕业设计（论文）中期检查优秀案例分享第二十三期——基于局域共振原理的高速列车地板型材隔声设计
学生姓名：马昱霖
班 级：车辆2022-05班
指导教师：韩健
毕设题目：基于局域共振原理的高速列车地板型材隔声设计
一、概况
1.选题意义
截至2025年，我国高速铁路运营里程已突破5万公里，“八纵八横”主骨架覆盖全国95%以上的百万人口城市，CR450科技创新工程更对列车综合性能尤其是乘坐舒适性提出极高要求。然而，速度提升使轮轨冲击、结构振动与气动噪声显著放大，车内中低频噪声不仅干扰乘客体验，特定频段还可能与人体器官共振威胁健康，成为新一代高速列车品质跃升的核心瓶颈。列车车内噪声主要来自结构声与空气声。地板系统作为连接转向架与客室的关键承载结构，其声振特性直接决定车内声学环境。传统地板隔声设计遵循“质量定律”，依靠增加面密度或多层构造抑制中高频噪声，但面对低频振动时效率低下：增重与轻量化目标相悖，且低频隔声提升极为有限。因此，亟须研发一种兼具低频高效隔振与轻量化特征的先进地板结构。基于局域共振原理的声学超材料为此提供了新路径。通过设计特定谐振单元，可在目标低频段形成弹性波带隙，以较小附加质量实现“小尺寸控制大波长”的振动阻断效应。已有基础构件研究验证了其低频振动控制潜力，本文针对高速列车地板隔声进行了局域共振地板设计。
2.任务分解
第一部分：根据设计任务书，大量检索和阅读有关高速列车车内噪声、地板结构隔声设计、局域共振声学超材料原理与应用等方面的国内外文献，建立良好的理论基础。同时，完成一篇和自己选题论文相关联的外文文献翻译工作。
第二部分：在文献调研与理论分析的基础上，提出适用于高速列车地板型材的局域共振单元集成方案。在Solidworks当中建立三维模型，分别是设计地板、传统地板、共振单元。然后导入HyperMesh当中划分网格。接下来导入VA ONE完成高速列车地板声震耦合模型。
第三部分：地板型材声振耦合建模与隔声性能仿真计算。分析设计结构所带来的降噪效果。
第四部分：严格按照工程制图规范，在CAD中绘制地板型材总装图A0图纸2张。
第五部分：结构设计优化，减小误差。严格按照毕业论文撰写规范完成毕业设计说明书。
二、已完成工作
1.已完成题目相关文献调研，完成一篇外文文献翻译。
检索并阅读了高速列车地板设计应用现状以及隔声材料相关的文献，了解了高速列车地板隔声计算分析方法。完成《Optimization and material characterization of sandwich foam structures for floor of high-speed train》外文文献翻译。
图1 外文文献翻译结果
2.局域共振单元设计：
图2-1 示意图
图2-2 共振单元三维模型
3.完成高速列车地板设计并使用SolidWorks建立传统地板和设计地板模型三维模型。
图3-1 传统地板
设计结构：
图3-2 局域共振地板 图3-3 局域共振地板前视图
爆炸视图显示：
图3-4 局域共振地板
4.建立hypermes网格图形
在HyperMesh中建立局域共振隔声地板的有限元网格时，首先导入三维几何模型并进行几何清理，删除重复面、修复缝隙等；由于整体结构尺寸较大而共振单元较小，若整体划分网格会导致计算量过大，因此将模型分为基板和共振单元两部分分别划分网格——基板抽取中面后采用四边形为主的2D壳单元网格，单个共振单元采用3D四面体实体网格精细建模；完成网格质量检查（翘曲度、长宽比、雅可比等指标）后，为各部件定义材料与属性，设置为空壳材料，在VA ONE 中设置材料属性；最后导出，以便后续导入VA One中进行声振耦合分析，并需仔细检查FE面与声腔之间的连接关系。
网格大小12：
图4-1 传统地板
设计结构网格图：总体网格图，木骨及板材网格大小为12：
图4-2 局域共振地板
共振单元网格：基体板及共振单元网格尺寸为4。
图4-3 局域共振单元
5.导入VA ONE 中建立声震耦合模型：
在VA One中设置材料属性时，首先在Browser中创建所用材料，建立FE Structural并对其进行命名，然后隐藏。接着建立上表面和下表面的FE面，并对FE面进行分割，基本数据为60个单元即可，随后对其进行删减，只保留上表面和下表面的FE结构，并对其命名，以防止出错或找不到。设置完上下FE面之后，建立两个声腔：点击右侧的Create Shell，按顺序选中FE面四角的四个点（注意在选中最后一个点时需按住Ctrl+Shift弹出窗口），重复上述步骤，组成封闭腔体；选中封闭腔体，再点击右侧的Create Acoustic Cavity，按相同步骤建立发声室和收声室。然后点击炸开视图，将所建的壳单元删除。之后在Browser中创建100dB的白噪声激励，并将其施加在板材下方发声室的上表面。接着创建腔体连接，设置两个腔体之间的FE连接。检查无误后，先进行频段设置（一般为100Hz到3150Hz），先求解Structural FE，得到模态图，再求解，最后调出隔声量曲线，完成操作。共振地板操作重复上述步骤。
图5-1 传统地板 图5-2 局域共振地板
隔声特性曲线100Hz到3150hz：
图5-3 传统地板 图5-4 局域共振地板
6.A0图纸两张
图6 A0图纸
三、下一步工作计划
1.进行毕业设计说明书中基于局域共振原理的高速列车地板型材隔声设计优化，分析传统地板和设计地板之间的隔声量关系，优化效果是否足够，隔声性能是否达标。
2.继续进行参数调整，多次求解，提高数据可信赖度，多方面论证。
3. 完善三维模型，以及仿真细节部分如对比图等，并按照毕业要求规范绘制A0图纸。
4.汇总毕业设计所有资料、参考文献，完善并修改毕业设计说明书。准备毕业设计答辩。
问题一：两张A0图纸不够完善，内容不多，你下去之后要如何改善？
回答：一明确谐振单元与型材的预埋顺序及连接节点；二是绘制爆炸图，标注各层材料的铺设方向与密封要求；三是补充关键接口的局部放大视图与公差说明。同步提供轻量化三维模型供现场对照，保证图纸信息完整、可装配。
问题二：数据分析，你是按照什么思路来做的，是怎样的想法？
回答：画好铝型材3d网格，以及2d面网格，检查网格质量，移动至坐标原点处，并改变坐标系朝向、网格尺寸大小，导出.bdf文件；将.bdf文件导入VAone，生成FEstructural子系统，赋予属性参数后计算结构模态数，生成.op2文件；将.op2文件导入VAone模型，完善组合结构模型（建立声腔sea子系统等）设置求解范围进行求解solve>frequency domain>设置求解频率范围；查看传递结果。
本次毕业设计是对大学四年所学专业知识的综合检验与应用实践。在基于局域共振原理的地板隔声设计过程中，我系统学习了从HyperMesh网格划分到VA One声振耦合建模的完整仿真流程。面对HyperMesh、VA One等此前从未接触过的专业软件，初期在几何清理、网格质量检查及模型导入接口设置等方面遇到了诸多困难。通过查阅软件手册、反复调试参数以及向老师和学长请教，我逐步掌握了联合仿真的关键操作要领，独立完成了传统地板与设计地板的有限元建模及隔声量对比分析。在此由衷感谢毕设导师韩健老师和学长的悉心指导，每次遇到瓶颈总能得到他精准的点拨与耐心的解答；同时也感谢同组同学们的互助讨论与鼓励，正是大家的支持使我得以克服困难，稳步完成本次毕业设计任务。