高速列车低噪声头型设计是高速列车头型研发的一个关键问题，也是限制高速列车运行速度的一个关键因素。本项目研究主要关注流线头型设计参数对气动噪声的影响机理，以CAA分析和优化分析作为基本研究手段，重点关注了流线头型的参数化问题、面向气动噪声的高效优化策略问题等，探索建立相应的物理模型和分析手段，获得了流线型关键参数对气动噪声的影响规律。 项目执行过程中，主要在以下三个方面取得了重要进展： （1）流线型的高效精准参数化。系统发展了四类参数化方法，包括局部型函数参数化和自由变形参数化等两类扰动类参数化方法，以及VMF参数化和CST参数化等两类描型类参数化方法。其中前两种方法直接基于现有车辆外型，可以直接在感兴趣部位实现快速变形，正好适用于工程化的复杂外形优化问题；后两种方法可以直接以较少的设计参数构建复杂外形，实现从无到有。这是整个项目研究的基础，直接服务于后续优化分析、规律总结等。 （2）高效精准的气动优化策略。改进了启发式优化算法中的遗传算法和粒子群算法，两种改进的优化算法均可以用于后续高速列车气动噪声优化分析，大大提升优化分析的效率；发展了基于交叉验证的Kriging替代模型，相对于原始Kriging模型无论在精度还是效率上均有大幅提升,由此建立了基于替代模型的快速优化策略。此外，将等效连续A计权声压级引入到气动噪声优化问题中，由此可以综合考虑所有远场测点的影响，使得气动噪声优化成为可能。 （3）关键设计参数对气动噪声的影响规律分析。确立了远离地面的设计变量（司机室车窗、鼻锥引流等）是影响远场噪声的关键设计参数，设计变量与远场噪声间具有非常强的非线性关系，获得了基于关键设计变量和远场噪声的响应面关系。 项目执行过程中在国内外重要期刊中发表了多篇学术论文，并参加了多次学术会议促进了合作与交流工作。研究成果深化研究了基础问题中的机理和规律，也促进了与工程应用的衔接，并有助于提升高速列车流线型的低噪声设计能力。 2100433B

本项目拟针对高速列车低噪声头型设计这一关键问题，以CAA分析和优化分析作为基本手段，探索高速列车流线型关键设计参数与气动噪声的影响规律。具体而言，本项目首先探讨以气动噪声作为优化目标进行气动外形优化设计的可能性，就高效的气动噪声计算方法和优化算法等进行详细分析，以便降低气动噪声计算和优化计算的时间代价，形成高效精确的气动噪声优化分析流程。同时优化过程需要兼顾列车承受气动力的影响，因而这是一个多目标多学科优化问题。针对流线型具体的关键设计参数，确定满足噪声规范要求的设计参数范围，获得设计参数对气动噪声的影响规律，以及不同设计参数耦合作用时气动噪声的变化规律。在此基础上，获得基于关键设计参数的气动噪声近似计算公式。本项目的研究是对基础问题中机理和规律的深化，也是促进与工程应用衔接的重要环节，有助于促进高速列车流线型低噪声设计能力的提升。

本项目旨在研究高精度雷管取代普通毫秒雷管实行毫秒级精确延时起爆，及其对控制爆破震动、改善爆破质量及提高生产效率等方面所带来的影响。采用理论研究、模型试验、数值模拟和工程实践研究相结合的手段，对精确延时条件下控制爆破作用进行了分析，主要的研究结论如下： （1）基于地震波传播过程中能量的变化，自由面的形成，弹性波能量理论出发给出了毫秒延时间隔时间设定计算公式；讨论了毫秒延时间隔对岩石破碎的影响，合理设定毫秒延时间隔时间利于应力波能量的充分利用，同时改善岩石破碎效果；解释了毫秒延时间隔时间对爆破振动频率的影响，通过合理设计毫秒延时间隔时间可以有效地改变爆破振动频谱特性；建立了精确延时条件下逐孔起爆的爆破振动峰值预测模型，通过预测模型可以给出爆破振动峰值增加和减小的区域，根据不同毫秒延时间隔时间预测模型，合理设定毫秒延时间隔有利于降低爆破振动。 （2）通过模型试验结果分析表明：精确延时对于降低爆破振动和改善岩石破碎效果方面具有特有优势。同时合理设计孔间延时间隔，可以实现降低爆破振动，在试验中所采用的爆破参数情况下，其合理孔间延时间隔为12ms。排间短毫秒延时利于岩石的破碎，若排间毫秒延时间隔时间过大对岩石破碎效果具有一定影响。 （3）数值模拟结果表明：合理设置毫秒延时时间间隔有利于降低爆破振动和改善岩石破碎，在数值模拟中采用的爆破参数情况下，孔间延时间隔12ms时利于降低爆破振动，这和模型试验所得的结论相一致；排间毫秒延时间隔为15ms时，孔间的应力最大，利于岩石破碎。 （4）通过现场工程实践表明：合理的毫秒延时间隔时间设定可以使爆破产生的地震频带能量的分布范围改善，频率丰富性进一步增强有利于降低爆破振动影响；同时精确延时起爆方式改变有利于改善爆堆形态，提高生产效率。 本项目的研究按照任务书要求进行，完成了项目研究的预定目标，并在多个方面取得了创新性成果。 2100433B

本项目通过理论分析、现场试验、室内模拟试验及数值模拟等方法，探讨毫秒延时爆破的机理及合理延时间隔时间的确定原理，系统研究精确延时控制对爆破作用的影响规律，为高精度雷管的应用提供科学依据。拟采用混凝土模拟试验、爆破震动监测、现场爆破效果对比试验等方法，并结合有限元和流形元等数值模拟计算，具体研究以高精度雷管取代普通毫秒雷管实行毫秒级精确延时起爆，对控制爆破震动、改善爆破质量及提高生产效率等方面所带来的影响。研究旨在揭示毫秒级精确延时起爆的岩石爆破规律，为精确延时爆破参数优化奠定应用基础

随着火箭和宇宙飞船以及超声速飞机的发展，噪声对建筑物影响的问题开始引起人们的注意。50年代初，美国国家航空和航天局(NASA)研究中心对火箭发射基地的噪声场进行测定分析并对附近建筑物进行观察，采用马赫数3的超声速、超压0.20大气压（一个大气压为155帕)的模拟喷射气流作试验，得出结论:噪声在强度为140分贝时对轻型建筑物开始有破坏作用。在实验室内的空气声压的对比试验又证明:超压0.014～0.07大气压(1400～7000帕)相当于157～170分贝的声压，能使窗玻璃破裂；一般住宅窗的固有基频约为30～40赫，在这些频段内窗玻璃内部产生的应力最大，接近70大气压。此后又经过理论推导和研究分析，开始制定强噪声破坏建筑物的标准，并用倍频带的频率响应曲线表示（见图）。图中给出墙和窗在基频范围内产生破坏的下限值为130分贝，在基频以上则噪声强度将按每倍频带提高6分贝的斜率上升；基频以下的破坏限值则为150分贝。可见强噪声在低频范围内有较严重的危害作用，必须特别注意预防。日常生活中所遇到的一些噪声对建筑物影响的事实，如当重型车辆沿街急驶时，沿街建筑中松动的窗玻璃会发出轻微的颤抖声，紧靠的玻璃器皿有轻微的碰撞声，这主要是由地面传给建筑物的微振引起的，不是噪声产生的作用。如果建筑物附近有振动剧烈的震动筛、大型空气锤，或建设施工时的打桩和爆破等，则可以观察到桌上的物品有小跳动。在这种振动的反复冲击下，曾发生墙体裂痕，瓦片震落和玻璃震碎等危害建筑物的现象。轰声是超声速飞行中的飞机产生的一种噪声。它是由于后时刻发出的声音叠加到前时刻发出的声音，在飞机的头部形成压力和密度突然升高的波阵面，即冲击波（船首波）。飞机头部产生的船首波和机尾产生的船尾波前后相继合成的冲击波，在地面上反射成为N形波。在轰声声压超过1200帕时，可使窗玻璃的破损率达到1/10。轰声衰减较慢，所以影响范围较广。1970年德国韦斯特堡城及其附近曾因强烈的轰声而发生378起建筑物受损事件。大部分是玻璃损坏，石板瓦掀起，合页及门心板损坏等。另据美国对轰声受损的统计，在3000起建筑受损事件中，抹灰开裂占43％，窗损坏占32％，墙开裂占15％，还有瓦和镜子损坏等，均未提及主体受损。因此可以认为轰声对结构基本无显著影响，而对大面积的轻质结构则可能造成损害。但英、法合制的超声速运输机“协和号”试飞时，航线下的古建筑物有震裂受损的情况。 2100433B