高鐵車(chē)廂分層復(fù)合材料聲學(xué)特性及優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、近年來(lái)，我國(guó)的高速列車(chē)得到了迅速地發(fā)展，高速列車(chē)的建設(shè)已經(jīng)上升為國(guó)家戰(zhàn)略，它的發(fā)展與進(jìn)步是綜合國(guó)力提升的直接證明，同時(shí)也帶動(dòng)著眾多配套產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和相關(guān)基礎(chǔ)學(xué)科研究的深入。隨著高速列車(chē)設(shè)計(jì)時(shí)速的不斷提升，車(chē)內(nèi)的噪聲與振動(dòng)問(wèn)題逐漸凸顯，車(chē)廂中的噪聲影響著司乘人員的乘車(chē)舒適性，列車(chē)機(jī)械設(shè)備的摩擦振動(dòng)影響了其使用壽命，嚴(yán)重的會(huì)危及行車(chē)安全。目前，根據(jù)相關(guān)高速列車(chē)實(shí)車(chē)運(yùn)行噪聲測(cè)試的結(jié)果，我國(guó)高速列車(chē)車(chē)廂內(nèi)某些區(qū)域的噪聲水平已經(jīng)影響到乘客的舒適度，

2、所以有必要采取合理有效地措施來(lái)控制車(chē)內(nèi)噪聲。車(chē)廂內(nèi)部噪聲的核心問(wèn)題是如何抑制車(chē)外噪聲向車(chē)內(nèi)傳遞，最有效的方法是通過(guò)對(duì)列車(chē)車(chē)內(nèi)的聲學(xué)材料及結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，獲得良好的吸隔聲性能。
　　在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于柔性變胞機(jī)構(gòu)的精密設(shè)備多維振動(dòng)的主動(dòng)控制研究”(51275275)、山東省優(yōu)秀中青年科學(xué)家獎(jiǎng)勵(lì)基金項(xiàng)目“基于柔性變胞機(jī)構(gòu)的機(jī)載精密設(shè)備的振動(dòng)主動(dòng)控制研究”(BS2010HZ010)以及國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目“高速鐵路減振降噪關(guān)鍵

3、技術(shù)”（2011AA11A103）的資助下，本文針對(duì)高速列車(chē)車(chē)廂內(nèi)的噪聲特性，對(duì)車(chē)內(nèi)的材料及結(jié)構(gòu)進(jìn)行了聲學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)，獲得了隔聲性能良好的分層復(fù)合材料與結(jié)構(gòu)，在降低車(chē)內(nèi)噪聲水平的同時(shí)還減輕了車(chē)內(nèi)材料的重量，實(shí)現(xiàn)了輕量化和低能耗的綠色設(shè)計(jì)要求。
　　第一，本文結(jié)合經(jīng)典隔聲理論解和實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果對(duì)彈性薄板的數(shù)值仿真模型進(jìn)行了驗(yàn)證，保證了仿真計(jì)算隔聲量的技術(shù)路線的正確性，為后文預(yù)測(cè)分層復(fù)合材料隔聲量做了技術(shù)上的準(zhǔn)備;介紹了有限元—Biot—

4、Allard理論，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試修正了多孔吸聲材料的等效模型。
　　第二，將列車(chē)車(chē)體鋁型材結(jié)構(gòu)和車(chē)廂內(nèi)壁板進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化，通過(guò)傳遞矩陣?yán)碚撘约坝邢拊Ｐ脱芯苛硕嗫孜暡牧虾涂諝鈱釉谡w分層復(fù)合材料中的作用，研究發(fā)現(xiàn)合理地分配多孔材料和空氣層有利于提高隔聲量;通過(guò)大量的隔聲測(cè)試，優(yōu)選出了隔聲性能良好的分層復(fù)合材料組合形式，作為后面進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。
　　第三，結(jié)合遺傳優(yōu)化算法對(duì)實(shí)驗(yàn)優(yōu)選出的分層復(fù)合材料各層厚度進(jìn)行了最優(yōu)化設(shè)計(jì)

5、，分別得到分層復(fù)合材料在車(chē)內(nèi)噪聲突出頻點(diǎn)及頻段內(nèi)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，有效提高分層復(fù)合材料隔聲性能的同時(shí)也降低了材料的整體重量。
　　第四，基于實(shí)車(chē)結(jié)構(gòu)及材料對(duì)分層復(fù)合材料的隔聲性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究。首先在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室里基于實(shí)車(chē)鋁型材結(jié)構(gòu)和車(chē)廂內(nèi)壁板，對(duì)多孔材料以及空氣層在復(fù)合結(jié)構(gòu)中的隔聲作用進(jìn)行了討論，并初步研究了不同面密度的頂板與分層復(fù)合材料組合后的隔聲特性;為了更加真實(shí)地反映分層復(fù)合材料的隔聲性能，在高速列車(chē)車(chē)廂受電弓模擬臺(tái)架上進(jìn)行