高速列车复合板隔声性能的试验研究

基于室内隔声测试标准,通过试验方法,研究了多种高速列车复合板材的隔声性能。研究的板材包括:两块铝板板间夹不同厚度空气的复合板;板间夹不同密度的泡沫铝吸声材料的复合板;板间夹不同厚度的隔声垫的复合板。对以上复合板的综合研究明确了铝板夹层填充材料和厚度对隔声效果的作用。结果表明:含空气层复合铝板存在明显吻合谷,但其高频隔声性能好;泡沫铝吸声材料可有效抑制吻合谷,小的孔隙率(即增加密度)有利于提高隔声性能;隔音垫有助于提高复合板的隔声量,但是其厚度的选择要与关注的频率区段相匹配。研究结果系统地反映了复合板的影响因素,可为我国高速列车复合板隔声性能的优化提供参考依据。     

碳纤维铝蜂窝夹芯复合结构隔声性能研究

铝蜂窝夹芯复合结构在航空工业、高速列车及汽车车体中得到越来越多的应用,其隔声性能对车内及机舱噪声有重要影响。建立了碳纤维铝蜂窝夹芯复合结构有限单元模型,用有限单元法计算了结构在声载荷激励下的响应,并计算分析了复合结构的隔声性能,分析了碳纤维复合面板厚度、面板层数、铺设角度、铝蜂窝芯层的厚度、铝蜂窝壁厚对隔声性能的影响。研究结果表明,面板采用碳纤维复合结构时,在小于1 000 Hz的低频段,相同面板厚度的铝蜂窝复合结构隔声性能比全铝合金材料的铝蜂窝夹芯复合结构有所降低,而且在高频段会出现隔声量更低的隔声低谷;相较于铝合金面板,复合结构的面板采用碳纤维复合材料时,能够实现整体结构轻量化也提高复合结构的隔声性能;各层之间按相对90°铺设时复合结构隔声性能最好;随着面板厚度的增加复合结构隔声性能增加,面板层总厚度不变的情况下,单层面板或者过多的层数都会使复合结构隔声性能降低。     

不锈钢纤维复合材料吸声性能研究

针对电子元器件对多孔复合隔声薄板的高效隔声应用要求,以316L不锈钢纤维为原料通过真空烧结法制备出不同孔隙结构的多孔材料,并与穿孔板制成复合结构,重点研究了多孔材料孔隙结构参数及复合形式对吸声性能的影响,以达到提高复合吸声材料吸声性能的目的。结果表明:将优化的穿孔板与多孔材料复合构成吸声结构,有效地提高了中低频率吸声性能(<3000Hz),吸声系数最大提高至0.8。     

水下多孔吸声材料夹层板隔声分析

利用结构弯曲波法,并结合Biot理论和Bolton多层板理论,推导了水下多孔吸声材料夹层板的隔声量理论计算公式,分析了（Binding-Binding,BB）型、（Binding-Unbinding,BU）型和（Unbinding-Unbinding,UU）型三种结构的隔声性能。将入射域、辐射域和中间空腔域中的声波以相应的速度势函数形式表达,多孔吸声材料的传声过程采用Biot理论和Bolton理论描述,再结合相应模型的边界条件,即可求解出结构的理论隔声量。在BB型、BU型和UU型三种模型中,UU型的隔声性能最好,BB型的隔声性能最差。夹层板中多孔吸声材料能有效避免空腔驻波共振的发生,并能显著提高结构高频的隔声性能。多孔吸声材料厚度和空腔空气层厚度的增加,能有效地促进结构的隔声性能。     

多孔材料和微穿孔板复合吸声结构研究

主要研究如何利用多孔材料拓宽微穿孔板的吸声频带,微穿孔板用来吸收低频噪声,同时加入吸声材料来提高中高频的吸声。给出复合结构吸声系数的计算方法,并在阻抗管内进行实验验证,测量结果和计算结果取得很好的一致性。研究结果表明,多孔吸声材料置于微穿孔板之前,并且二者之间有一定的空气层时,可以显著改善微穿孔板的吸声性能。     

碳纤维车体地铁列车车内噪声分析

碳纤维材料在减重、强度、可设计性等多个方面具有巨大优势,在轨道交通领域有很大的应用前景。针对国内一种新型碳纤维车体地铁列车,基于试验方法,对比分析碳纤维车体和铝型材车体的车内噪声差异、关键部件的声振特性差异;通过建立车内噪声仿真分析模型,分析碳纤维车体隔声和振动对车内噪声的影响,进而探讨碳纤维车体在轻量化和声学性能优化上的相关问题。研究结果表明:碳纤维车体的车内噪声比铝型材车体的车内噪声高1.6 dB(A);碳纤维车体地板的隔声量比铝型材地板低3 dB,振动加速度级比铝型材地板高3 dB;碳纤维车厢的车内噪声主要受到地板隔声影响;在碳纤维地板上增加5 mm隔声垫可使得其隔声量与铝型材地板相近,此时碳纤维车厢仍可减重20%,但车内噪声则和铝型材车体相当。相关研究成果可以为地铁列车的轻量化设计提供参考。     

汽车镁质复合仪表板传声损失的实验及仿真研究

复合板可以有效地提高结构的隔声性能,因此镁合金复合结构已成功应用于汽车仪表板。以Biot-Allard模型为基础,建立敷设吸声材料的复合结构仪表板模型,利用结构-声耦合法,计算仪表板的传声损失。通过与实验结果比较,采用结构-声耦合法预测结构的隔声性能是可行的。结果表明,低频范围内的隔声性能对仪表板的边界约束情况十分敏感,可通过提高仪表板边界的连接刚度来提高其传声损失。中高频范围内,敷设多孔吸声材料可以提高仪表板的隔声性能。但厚度增加并不能无限制的提高其传声损失,还要考虑成本与低频"隔声恶化"的问题。因此,需合理选取吸声材料的厚度,使得仪表板在关心的频带内声学性能达到最优。     

多层结构的玻璃纤维织物/环氧树脂复合材料的降噪性能评价

根据Kirchhoff-Mindlin理论要求,多层结构面板的隔声性能要考虑到复合结构中流体层和固体层之间的整个交互作用:复杂的声波传递过程中在固体和流体层之间多次反射和系统共振,通过对隔声性能与填充在两层面板之间物质密度的关系,以及对硬质物体的组合和空气层厚度的研究,来探讨评价隔声可变因素及对空腔共振约束的隔声低谷的影响.以玻璃纤维为增强材料,环氧树脂为基体,制备复合树脂板,并设计了多层复合结构,利用混响室-静音箱法对材料隔声性能进行了测试分析.研究表明:多层玻璃纤维织物增强环氧树脂复合材料呈一定的刚性,在各频率的隔声量随着复合材料厚度的增加而增加;声音传播过程中所产生的弯曲波对柔性材料隔声性能的影响远大于对刚性材料的影响.不同颗粒填充多层介质复合材料平均隔声量随材料面密度的增加而增加,与材料面密度的指数成良好的线性相关性.     

多层结构的玻璃纤维织物/环氧树脂复合材料的降噪性能评价EI

根据Kirchhoff-Mindlin理论要求,多层结构面板的隔声性能要考虑到复合结构中流体层和固体层之间的整个交互作用:复杂的声波传递过程中在固体和流体层之间多次反射和系统共振,通过对隔声性能与填充在两层面板之间物质密度的关系,以及对硬质物体的组合和空气层厚度的研究,来探讨评价隔声可变因素及对空腔共振约束的隔声低谷的影响.以玻璃纤维为增强材料,环氧树脂为基体,制备复合树脂板,并设计了多层复合结构,利用混响室-静音箱法对材料隔声性能进行了测试分析.研究表明:多层玻璃纤维织物增强环氧树脂复合材料呈一定的刚性,在各频率的隔声量随着复合材料厚度的增加而增加;声音传播过程中所产生的弯曲波对柔性材料隔声性能的影响远大于对刚性材料的影响.不同颗粒填充多层介质复合材料平均隔声量随材料面密度的增加而增加,与材料面密度的指数成良好的线性相关性.     

高分子交替多层结构的隔声特性仿真

使用有限元仿真方法对高分子交替多层结构的隔声特性进行了研究,构建了阻抗管测试的平面波声场和高分子多层复合材料模型,使用LMS Virtual. Lab进行了声振耦合计算,得到的隔声量曲线与实验测试结果规律一致。针对聚丙烯(PP)与乙烯-辛烯共聚物(POE)的交替层状样品,探究了在100～5000 Hz的计算范围内,层数、层厚比及两组分材料参数对整体隔声性能规律的影响,结果显示16层结构的隔声性能更优。同时,计算了板与多孔材料交替结构的隔声性能,结果表明,在给定的条件下4层结构有更高的隔声量。     

隔声材料排布顺序对复合板材隔声特性的影响

对高速列车平顶组合结构进行隔声测试,调换其中2块隔声垫的前后位置后,平顶组合结构隔声特性发生显著改变。针对这一问题,基于统计能量法探究双层隔声复合板材中材料排布顺序对于整体结构隔声特性的影响规律,分析该现象产生的原因;接着,进一步利用基于统计能量法的隔声预测模型对三层隔声复合板材中材料排布顺序对整体隔声特性的影响进行延伸探究。结果表明:对于双层复合结构,当两种隔声材料的种类一定时,将隔声量较大的材料置于近声源端,将隔声量较小的置于远声源端,对整体结构隔声量的提升最显著,主要提升低频隔声量;对于三层复合结构,情况较为复杂,其中,将隔声量最大的材料置于近声源端,将隔声量次大的材料置于远声源端,将隔声量最小的材料置于中间时,对整体结构隔声量的提升最显著,且同时提升低频和中频隔声量。研究内容对于工程中复合材料隔声性能的进一步改善有借鉴意义。     

嵌入式共固化复合材料阻尼结构隔声性能实验研究

本文使用丁基橡胶作为粘弹性阻尼材料的主要原料,并使用模压法将该阻尼材料制成薄膜,再与环氧树脂玻璃布预浸料按固化曲线制得嵌入式共固化复合材料阻尼结构试件。然后使用驻波管法研究其隔声性能。试验结果表明：嵌入较薄阻尼层会在几乎不改变构件刚度的情况下增大试件的阻尼,提高试件低频隔声性能。而嵌入阻尼层较厚时,隔声量对构件阻尼层厚度的变化已不再敏感,主要由于刚度的提高,使得试件的隔声性能有所提高。所以,试图通过提高嵌入式共固化复合材料阻尼层的厚度来增大隔声量是不合适的。     

汽车前围板隔声量测定及改进

基于混响室-消声室声强测量方法,测量某汽车前围板的隔声量。结果表明：空调进气口内外循环转换阀与阀口贴合不紧密是隔声薄弱主要原因。在与空调进气口内外循环转换阀阀口相贴合的阀体部位粘贴密封材料,用EVA+低熔点毛毡+双组分声学材料代替原有的EVA+低熔点毛毡材料后,相应的测试结果表明：改进后,该汽车前围板的隔声量在500～6300 Hz频段平均提高了约7 dB。对改善其隔声性能进而改善车内声学环境具有重要意义。     

隔声板应用于混凝土阳台栏板隔声改造可行性分析

考虑既有住宅建筑阳台栏板为薄混凝土板可能存在隔声性能不足的风险,在降噪隔声改造过程中,为有效避免资源浪费及增加建筑垃圾,探索采取增设隔声板提升阳台栏板整体隔声性能的可行性。实验设计了3种不同厚度的混凝土板,实验室内测试其增设隔声板前后的隔声量。研究结果显示,随着厚度增加,混凝土板的隔声量有所提高,60~70mm厚混凝土板的交通噪声频谱修正后隔声量达到40dB以上;混凝土板临界频率位于160~250Hz频率范围,在临界频率以上范围基本符合质量定律;增设隔声板可一定程度提高混凝土板的隔声性能,但提升幅度差异性较大,一定范围内,增加混凝土板厚度对隔声性能提升效果较增设隔声板更有效。     

高速列车夹芯地板结构隔声特性研究

采用传递矩阵法,建立高速列车内地板的声学特性分析模型,探索不同三明治夹芯板材料和结构对高速列车内地板隔声特性的影响,并根据内地板结构的传递损失评价具有不同参数的三明治夹芯板的隔声性能。通过不同的表层材质（木材、铝材、钢材）、厚度和蜂窝夹层密度,进行了内地板隔声量变化规律的分析和比较。探寻拟定隔声性能优越的三明治夹芯板材料类型和结构型式。结果表明,（1）表层夹板厚度一定,钢材作为表层材料,内地板隔声量最好,其次是铝材,最后是木材;（2）表层厚度影响,木材夹层板,厚度每增加1 mm,各个频段隔声量增加1 dB ～1.5 dB。铝材夹层板,厚度每增加1 mm,各个频段隔声量增加1 dB ～3 dB。钢材夹层板,厚度每增加1 mm,各个频段隔声量增加1 dB ～5 dB;（3）蜂窝板密度降低一半,内地板隔声量有增加趋势,但影响较小。     

聚氯乙烯基隔声材料中填充炼钢炉渣粉

将炼钢炉渣粉填充到玻璃纤维织物/聚氯乙烯复合材料中制备了一种隔声材料 , 并利用双声道分析仪 ,分析研究了面密度与复合材料隔声性能的关系 , 比较了填充炼钢炉渣粉前后复合材料隔声量的变化 ; 利用动态热力学分析仪、SEM、 万能材料试验机等对材料的动态力学性能、 结构形态、 力学性能等进行了测试。结果表明 :复合材料的隔声性能在中低频段 (500～1000 Hz) 随着面密度的增加而增加 , 在高频段 ( > 1000 Hz) 变化不明显; 炼钢炉渣粉填充到复合材料中提高了材料在中低频段 (500～1000 Hz) 的隔声性能 ; 炼钢炉渣粉的填充对聚氯乙烯隔声材料的阻尼性能和力学性能也有一定的影响。     

气垫隔声结构水中隔声性能分析

提出气垫隔声结构形式,与以橡胶阻尼材料为基体的隔声去耦瓦相比,气垫隔声结构具有孔隙率大的特点,能更好的隔声去耦。用解析方法分析无限、有限气垫隔声结构在水中的隔声性能,研究板厚与中间层特性声阻抗对隔声量的影响并分析无限结构与有限结构的差别。结果表明：在水中的隔声曲线中没有在空气中因“质量―弹簧―质量”共振造成的隔声低谷现象,且在低频时有限结构的隔声性能较好。行波管声学试验测试了气垫双层板结构的低频隔声性能,证实气垫隔声结构在水中的隔声效果和其在水中声学性能的正确性。     

Acoustic properties of closed-cell aluminum foams with different macrostructures

As structural materials, closed-cell aluminum foams possess obvious advantages in product dimension, strength and process economics compared with open cell aluminum foams. However, as a kind of structure-function integration materials, the application of closed-cell aluminum foams has been restricted greatly in acoustic fields due to the difficulty of sound wave penetration. It was reported that closed-cell foams with macrostructures have important effect on the propagation of sound waves. To date, the relationship between macrostructures and acoustic properties of commercially pure closedcell aluminum foams is ambiguous. In this work, different perforation and air gap types were designed for changing the macrostructures of the foam. Meanwhile, the effect of macrostructures on the sound absorption coefficient and sound reduction index were investigated. The results showed that the foams with half-hole exhibited excellent sound absorption and sound insulation behaviors in high frequency range(2500 Hz). In addition, specimens with air gaps showed good sound absorption properties in low frequency compared with the foams without air gaps. Based on the experiment results, propagation structural models of sound waves in commercially pure closed-cell aluminum foams with different macrostructures were built and the influence of macrostructures on acoustic properties was discussed.