高性能聚氨酯基復合材料在汽車降噪方面應用

王增強，夏均忠，吳繼輝

（1.軍事交通學院 軍用車輛工程技術研究中心，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）

高性能聚氨酯基復合材料在汽車降噪方面應用

王增強1，2，夏均忠1，吳繼輝3

（1.軍事交通學院 軍用車輛工程技術研究中心，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合材料進行吸聲系數試驗，并將新材料應用于發動機罩。然后通過整車車內噪聲對比試驗，確定高性能聚氨酯基復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

隨著現代工業、建筑業和交通運輸事業等各部門的大力發展，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、聽力及神經系統都有嚴重影響，長期處于噪聲環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，也會導致交通事故的發生［1］。同時汽車行業迅速發展，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不斷被用于汽車降噪設計中。陳平、王鍇等人通過CAE分析技術驗證了轎車用膠可以（一種高分子粘接和密封技術）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］；李勇介紹了硬質聚氯酯發泡技術在汽車降噪隔熱方面的優勢［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　聲學材料研究

汽車聲學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、顆粒狀或發泡材料以形成多孔性結構。它的結構特征是：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作用，將相當一部分聲能轉化為熱能，從而起吸音作用。當聲波穿過材料時，吸音材料減少聲波的聲能。它們一般用于軟化封閉環境的聲環境，減少反射波的振幅。吸音材料的表面是多孔性應用材料，當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

吸聲系數大小與材料、聲波入射的角度有關，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或降噪系數來比較［4］。根據吸聲系數檢測規范，1/3倍頻程規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。但是數據太多，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的算術平均值來表示材料的平均吸聲系數。

圖1　吸聲材料的工作原理

1.3降噪系數

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

2　高性能聚氨酯基復合材料吸聲系數試驗

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

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

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，通常測試頻率的上下限由公式（1）計算

圖2　駐波管吸聲系數測試系統的示意圖

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：

式中，a0為吸聲系數；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，以各頻率為橫坐標，吸聲系數為縱坐標，將各頻率下的吸聲系數用直線連接起來，得到吸聲系數特性曲線，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。

根據試驗數據繪制曲線圖，見圖3。

圖3　普通材料與高性能聚氨酯基復合材料吸聲系數

高性能聚氨酯基復合材料吸聲系數比普通材料吸聲系數大，通過試驗結果得出高性能聚氨酯基復合材料平均吸聲系數為0.61，降噪系數為0.60。

3　吸聲材料在汽車降噪中的應用

不同工作環境的汽車部件，對吸音材料的要求也不盡相同。例如，發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，而內飾部件則更關注材料的環保性能。該材料具有強度高、質輕、耐火、不老化等多種功能，以用來制作發動機罩材料，降低發動機噪聲傳遞。

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

4　結論

（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、產生的原理和來源復雜多樣，需要針對不同的原因采取相對應的措施。

（2）通過駐波管測試方法對高性能聚氨酯基復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為0.61，降噪系數為0.60。

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

［1］ 馬天飛，高剛，王登峰，等.基于聲固耦合模型的車內低頻結構噪聲相應分析［J］. 機械工程學報，2011，47（15）：76～82.

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

［3］ 李勇. 現代客車制造中的隔熱降噪措拖［J］. 客車技術與研究，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，2012.

［5］ 中華人民共和國國家標準. 駐波管法吸聲系數與聲阻抗率測量規范（GBJ88—85）［S］. 京：中國建筑工業出版社. 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爭暨世界人民反法西斯戰爭勝利70周年，當天上午10時在北京天安門廣場舉行了盛大的閱兵式。

當現場一個個方陣、一排排士兵精神抖擻，一臺臺坦克、一枚枚導彈整整齊齊，展現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自浙江，其輪胎配備是前輪120/70ZR17，后輪180/55ZR17；據稱是江西建大輪胎制造。該輪胎為防爆子午線無內胎輪胎。

（2）玲瓏輪胎

習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化、規模化的技術型輪胎生產企業，具備年產能4100萬條輪胎的能力，連續多年入圍世界輪胎20強。

（3）三角輪胎

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

三角輪胎建設了國家級技術開發中心和輪胎行業唯一的國家工程實驗室，根據國內外軍用車輛的發展趨勢，成功開發出高性能半鋼絲/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個規格、69個品種，其中80%多的產品為國內首創，1/3的產品為國際首創。

（4）前進輪胎

部分軍隊的裝備車輛使用了貴州輪胎的產品。

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-），畢業于貴州大學測控技術與儀器專業畢業，從事汽車專業教學和科研工作。

2015-08-24