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交通运输业

用于船舶,航空,铁路等高分子纳米复合材料。高速铁路作为当代高新技术的集 成,具有运能大、能耗低、污染小、安全舒适等优势,是交通运输体系中最具可持续性和环境友好性的运输模式,是世界各国科学技术和制造产业创新能力、综合国 力以及国家现代化程度的集中体现和重要标志之一。 随着我国“四纵四横”高速铁路网的基本构架的提出,京津、京沪、京广、哈大等高铁的相继通车,我国已建成世界上最大的高速铁路网。然而随着高铁向高速化、 复杂化和轻量化方向的发展,带来的工程振动和噪声问题也更为突出,成为制约高速铁路技术发展的关键因素,噪声与振动的污染不仅严重影响车内的安静性、乘员 的舒适性和高铁沿线区域居民的生活环境,而且也导致了列车的主要机械设备工作时磨损疲劳甚至失效,在降低了设备使用寿命的同时也威胁着高速列车的安全运 行。 为了创造理想的车内声学环境,核心问题是抑制车外噪声向车厢内的传递,最有效的方法是通过列车内部声学材料与结构的优化来有效吸收和隔离轮轨噪声、气动噪 声和转向架共振诱发的结构振动噪声等。由于车厢内壁板(侧壁板、顶板和地板)与主体结构(铝型材)之间敷设大量的保温材料或其它配套材料基本上不具备吸 声、隔声和减振功能,因此在保证车厢内部温度、湿度等环境要求下,发展保温、吸隔声、减振一体化多功能复合材料技术进行列车内部噪声控制,对降低高速列车 车厢内部的噪声水平以及提高乘客的舒适度有着重要的意义。 本文研究的多层复合材料主要是利用多孔吸声隔热材料和粘弹性阻尼材料的不同功能进行组合,以较小的质量取得较大的隔声效果,并且能针对高速列车不同部位进 行灵活的材料设计组合;在多层复合材料中间利用粘弹性材料制成空气骨架层,能大幅提高隔声量并减轻材料重量,这对于有载荷要求的高速列车是极有优势的创 新。 本文首先就高速列车主要噪声声源和产生机理进行了介绍,通过多次实车测试对高速列车车厢内噪声分布进行相关研究,并对列车主要噪声源以及噪声振动传递路径 进行分析,并对列车不同部位的噪声频谱特性进行分析,进而为有针对性的研究多层复合材料提供数据基础。 为了研究应用于高速列车的多层复合材料,本文先从阻抗法出发,建立多层复合材料理论模型,从最基本的平面波入射推导,将每层材料的透射系数相互联系构成多 层材料整体的透射系数,进而求出多层材料的隔声量,并根据不同材料组合演化出不同结构的多层复合材料。 另一方面,利用传递矩阵法简化解决多层复合材料的理论模型,根据声波方程,在两层介质之间有声波传递的简单的声场边界连续性条件。如果知道初始层的声场, 最终层的声场可以由简单的矩阵运算推出。将多层介质表示为一个系统矩阵,这个系统矩阵是由单层矩阵运算得来的,最后由得来的系统矩阵转化为反射系数和透射 系数。 接下来根据已有的理论模型对多层复合材料进行优化设计,以满足高速列车不同部位的噪声控制要求,并分别在实验室和高铁模拟车厢试验平台进行验证,取得了令 人满意的结果。