高性能聚氨酯基復(fù)合材料在汽車降噪方面應(yīng)用

王增強，夏均忠，吳繼輝

（1.軍事交通學(xué)院 軍用車輛工程技術(shù)研究中心，天津 300161；2.陜西汽車控股集團有限公司 陜西汽車技工學(xué)校，陜西 西安 710200；3.陜西重型汽車有限公司 汽車工程研究院，陜西 西安 710200）

高性能聚氨酯基復(fù)合材料在汽車降噪方面應(yīng)用

王增強1，2，夏均忠1，吳繼輝3

（1.軍事交通學(xué)院 軍用車輛工程技術(shù)研究中心，天津 300161；2.陜西汽車控股集團有限公司 陜西汽車技工學(xué)校，陜西 西安 710200；3.陜西重型汽車有限公司 汽車工程研究院，陜西 西安 710200）

簡單分析了產(chǎn)生汽車噪聲的因素和控制汽車噪聲的辦法，從傳遞路徑進行整車降噪的研究。通過駐波管法對高性能聚氨酯基復(fù)合材料進行吸聲系數(shù)試驗，并將新材料應(yīng)用于發(fā)動機罩。然后通過整車車內(nèi)噪聲對比試驗，確定高性能聚氨酯基復(fù)合材料對汽車降噪的影響。

噪聲；高性能聚氨酯基；控制；吸聲系數(shù)

隨著現(xiàn)代工業(yè)、建筑業(yè)和交通運輸事業(yè)等各部門的大力發(fā)展，噪聲污染也日益嚴重地影響著人類的生活。研究表明：噪聲對人心血管系統(tǒng)、聽力及神經(jīng)系統(tǒng)都有嚴重影響，長期處于噪聲環(huán)境中容易使人急躁易怒，影響睡眠，造成疲倦，引起記憶力減退，也會導(dǎo)致交通事故的發(fā)生［1］。同時汽車行業(yè)迅速發(fā)展，人們對汽車降噪提出了更高的要求，也希望汽車噪聲小，舒適性好。所以，在設(shè)計汽車的過程中一定要把汽車降噪與舒適性考慮全面，爭取設(shè)計出令消費者更滿意的汽車。

近年來，汽車制造工藝水平提高，降噪新材料及新技術(shù)不斷被用于汽車降噪設(shè)計中。陳平、王鍇等人通過CAE分析技術(shù)驗證了轎車用膠可以（一種高分子粘接和密封技術(shù)）用于提高車身強度、改善耐疲勞性、密封性、減震降噪等作用［2］；李勇介紹了硬質(zhì)聚氯酯發(fā)泡技術(shù)在汽車降噪隔熱方面的優(yōu)勢［3］；本文從噪聲傳播路徑入手，阻斷削弱噪音。通過在噪聲的傳播途徑上放置一些吸聲隔聲材料，使得噪聲通過材料被削減，從而降低汽車噪聲。

1　聲學(xué)材料研究

汽車聲學(xué)包裝主要用于解決空氣傳播路徑的噪聲問題，在密封性和隔吸聲性能等方面進行噪聲控制。汽車聲學(xué)包裝部件可以分為吸聲型、隔聲型。

1.1吸聲材料的工作原理

吸音材料的材質(zhì)是多孔、疏松和透氣的，是典型的多孔性吸聲材料，它在工藝上通常是用纖維狀、顆粒狀或發(fā)泡材料以形成多孔性結(jié)構(gòu)。它的結(jié)構(gòu)特征是：材料中具有大量的、互相貫通的、從表到里的微孔，也即具有一定的透氣性。當(dāng)聲波入射到多孔材料表面時，引起微孔中的空氣振動，由于摩擦阻力和空氣的黏滯阻力以及熱傳導(dǎo)作用，將相當(dāng)一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能，從而起吸音作用。當(dāng)聲波穿過材料時，吸音材料減少聲波的聲能。它們一般用于軟化封閉環(huán)境的聲環(huán)境，減少反射波的振幅。吸音材料的表面是多孔性應(yīng)用材料，當(dāng)聲音多次穿過吸音材料時形成反射平面，使其降噪效果倍增，吸聲材料工作原理如圖1所示。

1.2吸聲系數(shù)

吸聲系數(shù)大小與材料、聲波入射的角度有關(guān)，因此對不同材料的吸聲頻率特性難于進行比較，所以較為簡單的處理方法是計算平均吸聲系數(shù)或降噪系數(shù)來比較［4］。根據(jù)吸聲系數(shù)檢測規(guī)范，1/3倍頻程規(guī)定的測試頻率范圍從200～2 000 Hz，需要測試11個頻率的吸聲系數(shù)。但是數(shù)據(jù)太多，不便于比較材料的整體吸聲性能。為了計算簡便，在工程中也常采用125 Hz、250 Hz、500 Hz、1 000 Hz、2 000 Hz、4 000 Hz六個頻率下吸聲系數(shù)的算術(shù)平均值來表示材料的平均吸聲系數(shù)。

圖1　吸聲材料的工作原理

1.3降噪系數(shù)

在250 Hz、500 Hz、1 000 Hz、2 000 Hz頻率下測出的吸聲系數(shù)的算術(shù)平均值稱為降噪系數(shù)，常被用來衡量材料的吸聲性能。

2　高性能聚氨酯基復(fù)合材料吸聲系數(shù)試驗

2.1試驗樣件

試驗樣件信息如表1所示。

表1　試驗樣件信息

2.2駐波管法試驗

采用駐波管系統(tǒng)測試垂直入射的吸聲系數(shù)，方法依照《駐波管法吸聲系數(shù)與聲阻抗率測量規(guī)范》［5］進行，圖2為駐波管測試系統(tǒng)。

駐波管有三種不同頻率范圍的測試管。這三種管的長短、粗細不同，因為駐波管測試的頻率范圍與管的大小長度有關(guān)，通常測試頻率的上下限由公式（1）計算

圖2　駐波管吸聲系數(shù)測試系統(tǒng)的示意圖

式中，C0為聲速，D為駐波管直徑，l為駐波管長度。

由上式可知，測量頻率的上限主要由駐波管直徑確定，測量頻率的下限主要由駐波管長度決定，即測試不同范圍的頻率采用的測試管是不同的。

2.3測試結(jié)果

計算聲壓最大值與最小值的差值Δl，利用公式（3）計算吸聲系數(shù)：

式中，a0為吸聲系數(shù)；Δl為同一頻率下聲壓極大值與聲壓極小值之差，單位為dB（A）。

本試驗通過駐波管測出125 Hz、250 Hz、500 Hz、1 000 Hz、2 000 Hz、4 000 Hz頻率下的吸聲系數(shù)，以各頻率為橫坐標，吸聲系數(shù)為縱坐標，將各頻率下的吸聲系數(shù)用直線連接起來，得到吸聲系數(shù)特性曲線，也常稱為吸聲頻譜曲線。通過曲線的起伏、走向分析材料的吸聲性能的變化。

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)繪制曲線圖，見圖3。

圖3　普通材料與高性能聚氨酯基復(fù)合材料吸聲系數(shù)

高性能聚氨酯基復(fù)合材料吸聲系數(shù)比普通材料吸聲系數(shù)大，通過試驗結(jié)果得出高性能聚氨酯基復(fù)合材料平均吸聲系數(shù)為0.61，降噪系數(shù)為0.60。

3　吸聲材料在汽車降噪中的應(yīng)用

不同工作環(huán)境的汽車部件，對吸音材料的要求也不盡相同。例如，發(fā)動機罩蓋材料除了要求具有良好的吸音隔音性能外，還要求材料具有較高的耐高溫性和阻燃性，發(fā)動機底盤和車輪罩則要求材料具有良好的耐腐蝕性和抗磨損性，而內(nèi)飾部件則更關(guān)注材料的環(huán)保性能。該材料具有強度高、質(zhì)輕、耐火、不老化等多種功能，以用來制作發(fā)動機罩材料，降低發(fā)動機噪聲傳遞。

使用該材料進行發(fā)動機倉吸音處理，然后通過在駕駛室內(nèi)測量駕駛員耳旁噪聲，并與原狀態(tài)進行對比。怠速工況下，車內(nèi)噪聲由60.6 dB（A）降低到58.7 dB（A），車內(nèi)噪聲降低近 2 dB（A）。

4　結(jié)論

（1）本文僅針對噪音的傳播途徑對降噪處理做了部分研究，對于整車存在的噪聲問題、產(chǎn)生的原理和來源復(fù)雜多樣，需要針對不同的原因采取相對應(yīng)的措施。

（2）通過駐波管測試方法對高性能聚氨酯基復(fù)合材料吸聲性能進行研究，以聚氨酯為基體，輔之以無機膠凝材料包覆有機吸聲基體，改善耐火性、強度等性能，研制的試樣最大平均吸聲系數(shù)為0.61，降噪系數(shù)為0.60。

（3）將高性能聚氨酯基復(fù)合材料應(yīng)用于整車降噪工作中，通過對發(fā)動機罩進行材料更換，降低整車車內(nèi)噪聲近 2 dB（A）。

［1］ 馬天飛，高剛，王登峰，等.基于聲固耦合模型的車內(nèi)低頻結(jié)構(gòu)噪聲相應(yīng)分析［J］. 機械工程學(xué)報，2011，47（15）：76～82.

［2］ 陳平，王鍇，余樂銘，等. 基于CAE技術(shù)的車身用膠選擇方法 ［J］. 重型汽車，2013（3）：32～33.

［3］ 李勇. 現(xiàn)代客車制造中的隔熱降噪措拖［J］. 客車技術(shù)與研究，2010，23（4）：33～34.

［4］ 唐慧華. 陶粒材料吸聲性能的測試及研究［D］. 桂林：桂林理工大學(xué)，2012.

［5］ 中華人民共和國國家標準. 駐波管法吸聲系數(shù)與聲阻抗率測量規(guī)范（GBJ88—85）［S］. 京：中國建筑工業(yè)出版社. 1986.

多個中國品牌輪胎參加九·三閱兵式

2015年9月3日是中國人民抗日戰(zhàn)爭暨世界人民反法西斯戰(zhàn)爭勝利70周年，當(dāng)天上午10時在北京天安門廣場舉行了盛大的閱兵式。

當(dāng)現(xiàn)場一個個方陣、一排排士兵精神抖擻，一臺臺坦克、一枚枚導(dǎo)彈整整齊齊，展現(xiàn)了解放軍精良的裝備，高昂的士氣。本文將從比較特殊的輪胎角度給大家描述下參加閱兵的那些輪胎們。

（1）摩托車方隊輪胎

這次閱兵的摩托車產(chǎn)自浙江，其輪胎配備是前輪120/70ZR17，后輪180/55ZR17；據(jù)稱是江西建大輪胎制造。該輪胎為防爆子午線無內(nèi)胎輪胎。

（2）玲瓏輪胎

習(xí)近平主席乘坐的紅旗檢閱車配備的輪胎是來自中國山東的玲瓏輪胎。

山東玲瓏輪胎股份有限公司是一家專業(yè)化、規(guī)模化的技術(shù)型輪胎生產(chǎn)企業(yè)，具備年產(chǎn)能4100萬條輪胎的能力，連續(xù)多年入圍世界輪胎20強。

（3）三角輪胎

在抗戰(zhàn)勝利70周年的閱兵式上，抗戰(zhàn)老戰(zhàn)士方隊、輕型突擊車方隊、反恐突擊車方隊、指揮信息系統(tǒng)裝備方隊、無人機方隊、二炮DF-5B洲際導(dǎo)彈方隊、后勤保障方隊、白求恩醫(yī)療方隊等，全部配裝三角特種子午線輪胎。

三角輪胎建設(shè)了國家級技術(shù)開發(fā)中心和輪胎行業(yè)唯一的國家工程實驗室，根據(jù)國內(nèi)外軍用車輛的發(fā)展趨勢，成功開發(fā)出高性能半鋼絲/全鋼絲寬基多用途（MPT系列）越野子午線輪胎，以及中/重型裝甲車、軍用越野運輸車專用的高壓高承載的公制全鋼絲越野/特種子午線系列輪胎，共計46個規(guī)格、69個品種，其中80%多的產(chǎn)品為國內(nèi)首創(chuàng)，1/3的產(chǎn)品為國際首創(chuàng)。

（4）前進輪胎

部分軍隊的裝備車輛使用了貴州輪胎的產(chǎn)品。

貴州輪胎股份有限公司前身為貴州輪胎廠，始建于1958年春，1965年與上海大中華橡膠廠內(nèi)遷部分合并擴建，1996年改制為上市公司，是中國十大輪胎公司之一，中國工程機械輪胎配套、出口基地。

合海橡塑供稿

High-performance polyurethane-based composite materials used in automotive noise reduction

TQ330.34

1009-797X（2015）19-0063-03

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.19.019

王增強（1986-），畢業(yè)于貴州大學(xué)測控技術(shù)與儀器專業(yè)畢業(yè)，從事汽車專業(yè)教學(xué)和科研工作。

2015-08-24