高鐵車廂分層復合材料聲學特性及優(yōu)化設計研究.pdf

1、近年來，我國的高速列車得到了迅速地發(fā)展，高速列車的建設已經上升為國家戰(zhàn)略，它的發(fā)展與進步是綜合國力提升的直接證明，同時也帶動著眾多配套產業(yè)的發(fā)展和相關基礎學科研究的深入。隨著高速列車設計時速的不斷提升，車內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，列車機械設備的摩擦振動影響了其使用壽命，嚴重的會危及行車安全。目前，根據相關高速列車實車運行噪聲測試的結果，我國高速列車車廂內某些區(qū)域的噪聲水平已經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噪聲。車廂內部噪聲的核心問題是如何抑制車外噪聲向車內傳遞，最有效的方法是通過對列車車內的聲學材料及結構進行優(yōu)化設計，獲得良好的吸隔聲性能。
　　在國家自然科學基金項目“基于柔性變胞機構的精密設備多維振動的主動控制研究”(51275275)、山東省優(yōu)秀中青年科學家獎勵基金項目“基于柔性變胞機構的機載精密設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鍵

3、技術”（2011AA11A103）的資助下，本文針對高速列車車廂內的噪聲特性，對車內的材料及結構進行了聲學優(yōu)化設計，獲得了隔聲性能良好的分層復合材料與結構，在降低車內噪聲水平的同時還減輕了車內材料的重量，實現了輕量化和低能耗的綠色設計要求。
　　第一，本文結合經典隔聲理論解和實驗測試結果對彈性薄板的數值仿真模型進行了驗證，保證了仿真計算隔聲量的技術路線的正確性，為后文預測分層復合材料隔聲量做了技術上的準備;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構和車廂內壁板進行適當簡化，通過傳遞矩陣理論以及有限元模型研究了多孔吸聲材料和空氣層在整體分層復合材料中的作用，研究發(fā)現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合材料組合形式，作為后面進一步優(yōu)化設計的基礎。
　　第三，結合遺傳優(yōu)化算法對實驗優(yōu)選出的分層復合材料各層厚度進行了最優(yōu)化設計

5、，分別得到分層復合材料在車內噪聲突出頻點及頻段內的最優(yōu)化設計方案，有效提高分層復合材料隔聲性能的同時也降低了材料的整體重量。
　　第四，基于實車結構及材料對分層復合材料的隔聲性能進行了試驗研究。首先在標準實驗室里基于實車鋁型材結構和車廂內壁板，對多孔材料以及空氣層在復合結構中的隔聲作用進行了討論，并初步研究了不同面密度的頂板與分層復合材料組合后的隔聲特性;為了更加真實地反映分層復合材料的隔聲性能，在高速列車車廂受電弓模擬臺架上進行