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

1、近年來，我國的高速列車得到了迅速地發(fā)展，高速列車的建設(shè)已經(jīng)上升為國家戰(zhàn)略，它的發(fā)展與進(jìn)步是綜合國力提升的直接證明，同時也帶動著眾多配套產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和相關(guān)基礎(chǔ)學(xué)科研究的深入。隨著高速列車設(shè)計時速的不斷提升，車內(nèi)的噪聲與振動問題逐漸凸顯，車廂中的噪聲影響著司乘人員的乘車舒適性，列車機械設(shè)備的摩擦振動影響了其使用壽命，嚴(yán)重的會危及行車安全。目前，根據(jù)相關(guān)高速列車實車運行噪聲測試的結(jié)果，我國高速列車車廂內(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控制車內(nèi)噪聲。車廂內(nèi)部噪聲的核心問題是如何抑制車外噪聲向車內(nèi)傳遞，最有效的方法是通過對列車車內(nèi)的聲學(xué)材料及結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，獲得良好的吸隔聲性能。
　　在國家自然科學(xué)基金項目“基于柔性變胞機構(gòu)的精密設(shè)備多維振動的主動控制研究”(51275275)、山東省優(yōu)秀中青年科學(xué)家獎勵基金項目“基于柔性變胞機構(gòu)的機載精密設(shè)備的振動主動控制研究”(BS2010HZ010)以及國家863計劃項目“高速鐵路減振降噪關(guān)鍵

3、技術(shù)”（2011AA11A103）的資助下，本文針對高速列車車廂內(nèi)的噪聲特性，對車內(nèi)的材料及結(jié)構(gòu)進(jìn)行了聲學(xué)優(yōu)化設(shè)計，獲得了隔聲性能良好的分層復(fù)合材料與結(jié)構(gòu)，在降低車內(nèi)噪聲水平的同時還減輕了車內(nèi)材料的重量，實現(xiàn)了輕量化和低能耗的綠色設(shè)計要求。
　　第一，本文結(jié)合經(jīng)典隔聲理論解和實驗測試結(jié)果對彈性薄板的數(shù)值仿真模型進(jìn)行了驗證，保證了仿真計算隔聲量的技術(shù)路線的正確性，為后文預(yù)測分層復(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，并通過實驗測試修正了多孔吸聲材料的等效模型。
　　第二，將列車車體鋁型材結(jié)構(gòu)和車廂內(nèi)壁板進(jìn)行適當(dāng)簡化，通過傳遞矩陣?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;通過大量的隔聲測試，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)計的基礎(chǔ)。
　　第三，結(jié)合遺傳優(yōu)化算法對實驗優(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

5、，分別得到分層復(fù)合材料在車內(nèi)噪聲突出頻點及頻段內(nèi)的最優(yōu)化設(shè)計方案，有效提高分層復(fù)合材料隔聲性能的同時也降低了材料的整體重量。
　　第四，基于實車結(jié)構(gòu)及材料對分層復(fù)合材料的隔聲性能進(jìn)行了試驗研究。首先在標(biāo)準(zhǔn)實驗室里基于實車鋁型材結(jié)構(gòu)和車廂內(nèi)壁板，對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;為了更加真實地反映分層復(fù)合材料的隔聲性能，在高速列車車廂受電弓模擬臺架上進(jìn)行