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交通運輸業

用于船舶,航空,鐵路等高分子納米復合材料。高速鐵路作為當代高新技術的集 成,具有運能大、能耗低、污染小、安全舒適等優勢,是交通運輸體系中最具可持續性和環境友好性的運輸模式,是世界各國科學技術和制造產業創新能力、綜合國 力以及國家現代化程度的集中體現和重要標志之一。 隨著我國“四縱四橫”高速鐵路網的基本構架的提出,京津、京滬、京廣、哈大等高鐵的相繼通車,我國已建成世界上最大的高速鐵路網。然而隨著高鐵向高速化、 復雜化和輕量化方向的發展,帶來的工程振動和噪聲問題也更為突出,成為制約高速鐵路技術發展的關鍵因素,噪聲與振動的污染不僅嚴重影響車內的安靜性、乘員 的舒適性和高鐵沿線區域居民的生活環境,而且也導致了列車的主要機械設備工作時磨損疲勞甚至失效,在降低了設備使用壽命的同時也威脅著高速列車的安全運 行。 為了創造理想的車內聲學環境,核心問題是抑制車外噪聲向車廂內的傳遞,最有效的方法是通過列車內部聲學材料與結構的優化來有效吸收和隔離輪軌噪聲、氣動噪 聲和轉向架共振誘發的結構振動噪聲等。由于車廂內壁板(側壁板、頂板和地板)與主體結構(鋁型材)之間敷設大量的保溫材料或其它配套材料基本上不具備吸 聲、隔聲和減振功能,因此在保證車廂內部溫度、濕度等環境要求下,發展保溫、吸隔聲、減振一體化多功能復合材料技術進行列車內部噪聲控制,對降低高速列車 車廂內部的噪聲水平以及提高乘客的舒適度有著重要的意義。 本文研究的多層復合材料主要是利用多孔吸聲隔熱材料和粘彈性阻尼材料的不同功能進行組合,以較小的質量取得較大的隔聲效果,并且能針對高速列車不同部位進 行靈活的材料設計組合;在多層復合材料中間利用粘彈性材料制成空氣骨架層,能大幅提高隔聲量并減輕材料重量,這對于有載荷要求的高速列車是極有優勢的創 新。 本文首先就高速列車主要噪聲聲源和產生機理進行了介紹,通過多次實車測試對高速列車車廂內噪聲分布進行相關研究,并對列車主要噪聲源以及噪聲振動傳遞路徑 進行分析,并對列車不同部位的噪聲頻譜特性進行分析,進而為有針對性的研究多層復合材料提供數據基礎。 為了研究應用于高速列車的多層復合材料,本文先從阻抗法出發,建立多層復合材料理論模型,從最基本的平面波入射推導,將每層材料的透射系數相互聯系構成多 層材料整體的透射系數,進而求出多層材料的隔聲量,并根據不同材料組合演化出不同結構的多層復合材料。 另一方面,利用傳遞矩陣法簡化解決多層復合材料的理論模型,根據聲波方程,在兩層介質之間有聲波傳遞的簡單的聲場邊界連續性條件。如果知道初始層的聲場, 最終層的聲場可以由簡單的矩陣運算推出。將多層介質表示為一個系統矩陣,這個系統矩陣是由單層矩陣運算得來的,最后由得來的系統矩陣轉化為反射系數和透射 系數。 接下來根據已有的理論模型對多層復合材料進行優化設計,以滿足高速列車不同部位的噪聲控制要求,并分別在實驗室和高鐵模擬車廂試驗平臺進行驗證,取得了令 人滿意的結果。

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