王增強(qiáng)，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(tuán)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(qiáng)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(tuán)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(jiǎn)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(jìn)行整車降噪的研究。通過(guò)駐波管法對(duì)高性能聚氨酯基復(fù)合材料進(jìn)行吸聲系數(shù)試驗(yàn)，并將新材料應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)罩。然后通過(guò)整車車內(nèi)噪聲對(duì)比試驗(yàn)，確定高性能聚氨酯基復(fù)合材料對(duì)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(yùn)輸事業(yè)等各部門的大力發(fā)展，噪聲污染也日益嚴(yán)重地影響著人類的生活。研究表明：噪聲對(duì)人心血管系統(tǒng)、聽(tīng)力及神經(jīng)系統(tǒng)都有嚴(yán)重影響，長(zhǎng)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(huì)導(dǎo)致交通事故的發(fā)生［1］。同時(shí)汽車行業(yè)迅速發(fā)展，人們對(duì)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(jì)汽車的過(guò)程中一定要把汽車降噪與舒適性考慮全面，爭(zhēng)取設(shè)計(jì)出令消費(fèi)者更滿意的汽車。

近年來(lái)，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(jì)中。陳平、王鍇等人通過(guò)CAE分析技術(shù)驗(yàn)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(qiáng)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(shì)［3］；本文從噪聲傳播路徑入手，阻斷削弱噪音。通過(guò)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(guò)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(wèn)題，在密封性和隔吸聲性能等方面進(jìn)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(shí)，引起微孔中的空氣振動(dòng)，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(guò)材料時(shí)，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(guò)吸音材料時(shí)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(duì)不同材料的吸聲頻率特性難于進(jìn)行比較，所以較為簡(jiǎn)單的處理方法是計(jì)算平均吸聲系數(shù)或降噪系數(shù)來(lái)比較［4］。根據(jù)吸聲系數(shù)檢測(cè)規(guī)范，1/3倍頻程規(guī)定的測(cè)試頻率范圍從200～2 000 Hz，需要測(cè)試11個(gè)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(jì)算簡(jiǎn)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(gè)頻率下吸聲系數(shù)的算術(shù)平均值來(lái)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(cè)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(lái)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(yàn)

2.1試驗(yàn)樣件

試驗(yàn)樣件信息如表1所示。

表1　試驗(yàn)樣件信息

2.2駐波管法試驗(yàn)

采用駐波管系統(tǒng)測(cè)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(cè)量規(guī)范》［5］進(jìn)行，圖2為駐波管測(cè)試系統(tǒng)。

駐波管有三種不同頻率范圍的測(cè)試管。這三種管的長(zhǎng)短、粗細(xì)不同，因?yàn)轳v波管測(cè)試的頻率范圍與管的大小長(zhǎng)度有關(guān)，通常測(cè)試頻率的上下限由公式（1）計(jì)算

圖2　駐波管吸聲系數(shù)測(cè)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(zhǎng)度。

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

2.3測(cè)試結(jié)果

計(jì)算聲壓最大值與最小值的差值Δl，利用公式（3）計(jì)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(yàn)通過(guò)駐波管測(cè)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(biāo)，吸聲系數(shù)為縱坐標(biāo)，將各頻率下的吸聲系數(shù)用直線連接起來(lái)，得到吸聲系數(shù)特性曲線，也常稱為吸聲頻譜曲線。通過(guò)曲線的起伏、走向分析材料的吸聲性能的變化。

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制曲線圖，見(jiàn)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(guò)試驗(yàn)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(duì)吸音材料的要求也不盡相同。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(qiáng)度高、質(zhì)輕、耐火、不老化等多種功能，以用來(lái)制作發(fā)動(dòng)機(jī)罩材料，降低發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲傳遞。

使用該材料進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)倉(cāng)吸音處理，然后通過(guò)在駕駛室內(nèi)測(cè)量駕駛員耳旁噪聲，并與原狀態(tài)進(jìn)行對(duì)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(duì)噪音的傳播途徑對(duì)降噪處理做了部分研究，對(duì)于整車存在的噪聲問(wèn)題、產(chǎn)生的原理和來(lái)源復(fù)雜多樣，需要針對(duì)不同的原因采取相對(duì)應(yīng)的措施。

（2）通過(guò)駐波管測(cè)試方法對(duì)高性能聚氨酯基復(fù)合材料吸聲性能進(jìn)行研究，以聚氨酯為基體，輔之以無(wú)機(jī)膠凝材料包覆有機(jī)吸聲基體，改善耐火性、強(qiáng)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(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)罩進(jìn)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(jī)械工程學(xué)報(bào)，2011，47（15）：76～82.

［2］ 陳平，王鍇，余樂(lè)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(cè)試及研究［D］. 桂林：桂林理工大學(xué)，2012.

［5］ 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn). 駐波管法吸聲系數(shù)與聲阻抗率測(cè)量規(guī)范（GBJ88—85）［S］. 京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社. 1986.

多個(gè)中國(guó)品牌輪胎參加九·三閱兵式

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

當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)一個(gè)個(gè)方陣、一排排士兵精神抖擻，一臺(tái)臺(tái)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(duì)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(wú)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(lái)自中國(guó)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)?；募夹g(shù)型輪胎生產(chǎn)企業(yè)，具備年產(chǎn)能4100萬(wàn)條輪胎的能力，連續(xù)多年入圍世界輪胎20強(qiáng)。

（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(duì)、輕型突擊車方隊(duì)、反恐突擊車方隊(duì)、指揮信息系統(tǒng)裝備方隊(duì)、無(wú)人機(jī)方隊(duì)、二炮DF-5B洲際導(dǎo)彈方隊(duì)、后勤保障方隊(duì)、白求恩醫(yī)療方隊(duì)等，全部配裝三角特種子午線輪胎。

三角輪胎建設(shè)了國(guó)家級(jí)技術(shù)開(kāi)發(fā)中心和輪胎行業(yè)唯一的國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，根據(jù)國(guó)內(nèi)外軍用車輛的發(fā)展趨勢(shì)，成功開(kāi)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(yùn)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(jì)46個(gè)規(guī)格、69個(gè)品種，其中80%多的產(chǎn)品為國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，1/3的產(chǎn)品為國(guó)際首創(chuàng)。

（4）前進(jìn)輪胎

部分軍隊(duì)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(kuò)建，1996年改制為上市公司，是中國(guó)十大輪胎公司之一，中國(guó)工程機(jī)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(qiáng)（1986-），畢業(yè)于貴州大學(xué)測(cè)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