阻尼材料對地鐵車輛地板隔聲性能的影響

張龍 鄧禹

摘要：在我國交通事業(yè)不斷發(fā)展的過程中，地鐵作為公共出行的重要選擇之一，受到了社會各界的關(guān)注。而隨著地鐵的不斷發(fā)展，社會公眾對出行安全以及舒適性的要求越來越高，對地鐵的隔聲效果、降噪效果的要求也越來越高。在此背景下，研究人員以阻尼材料為研究對象，對阻尼材料對地鐵車輛地板隔聲性能的影響分析研究如下。

關(guān)鍵詞：阻尼材料;地鐵車輛;隔聲性能;地板隔聲

一、引言：

根據(jù)相關(guān)研究成果表明，地鐵車輛內(nèi)的噪音主要來自車輛運行過程中的輪軌噪聲以及車輛本身的結(jié)構(gòu)噪聲和車輛內(nèi)部的設(shè)備噪聲等方面。因此，如何提高車輛降噪工作的有效性成為研究人員研究分析的重點方向。在此背景下，本文通過對車內(nèi)噪音的預測以及分析認為阻尼材料不僅能夠提高車輛地板隔聲的效果，更能夠有效吸附噪聲達到車內(nèi)降噪的目的。對此，本文分析研究如下。

二、FE-SEA 混合法

作為分析地板隔聲性能的基本方法之一，如何在FE-SEA 混合法中構(gòu)建混合模型是應用該方法的關(guān)鍵之一。對此，本文經(jīng)過調(diào)查分析認為，該混合模型的主要要素有地鐵車輛地板的結(jié)構(gòu)、地板FE-SEA 混合法模型兩部分，并分析研究如下：

（一）地鐵車輛地板的結(jié)構(gòu)分析

目前我國地鐵車輛主要的地板材料為鋁型材加內(nèi)飾材料結(jié)構(gòu)，這種材料有以下幾方面的優(yōu)點。首先，該材料結(jié)構(gòu)滿足地鐵輕量化的要求，既符合地鐵運行的程序要求，又能夠減少地板的重量，達到輕量的要求。

其次，在應用鋁型材加內(nèi)飾材料的基礎(chǔ)上，我國地鐵車輛地板主要有兩種不同的結(jié)構(gòu)斷面：第一為常規(guī)地鐵車輛橫斷面結(jié)構(gòu)，主要有地板布、鋁蜂窩板、減震墊以及車體底架。以該橫斷面結(jié)構(gòu)為主的地鐵主要應用在南京的地鐵二號線以及鄭州的地鐵一號線，該地板材料組裝簡單橫截面清晰，在具有一定的隔聲效果。第二類為帶有隔音降噪效果的地鐵車輛橫斷面，主要結(jié)構(gòu)為地板布、隔聲隔熱材料、車輛的底架、阻尼材料等。在兩類地板中，三角筋鋁型材均為地板的主要骨架結(jié)構(gòu)，但第一款地板的地板布直接粘在鋁蜂窩板上，在蜂窩鋁板和鋁型材之間有減震墊作為緩沖，且減震墊的主要材料由橡膠制作而成，具有良好的減震效果以及平整效果[1]。第二款地板與第一款地板相比，去掉了第一款地板中的鋁蜂窩板結(jié)構(gòu)，采用直接將地板鋪設(shè)在鋁型材表面的方式進行結(jié)構(gòu)構(gòu)造。鋁型材中空部分則填充隔聲隔熱材料，并且在該地板的鋁型材底部噴涂阻尼材料。根據(jù)實踐調(diào)查，這種地板與第一款地板相比具有明顯的降噪以及隔熱的效果，車輛內(nèi)的噪音更小。

（二）地板FE-SEA 混合法模型

根據(jù)我國常見的兩種地鐵車輛地板橫斷面結(jié)構(gòu)，本文構(gòu)建如下兩種FE-SEA 混合法并進行計算。首先，兩款地板的FE子系統(tǒng)由14879個殼單元組成，邊界條件設(shè)置為簡支。其次，在兩款地板表面均設(shè)置DAF激勵載荷，并在半無限大聲場設(shè)置中采用SIF模塊，用以模擬消聲室與混響室的SEA系統(tǒng)。在實際分析中，本文發(fā)現(xiàn)兩款地板在結(jié)構(gòu)方面有所不同，但可能影響隔聲性能的要素主要為地板選擇的材料以及是否使用阻尼材料。因此，本文接下來對地鐵車輛地板隔聲性能的分析也以這兩種要素為主。

三、FE-SEA 混合法計算分析

在分析FE-SEA 混合法的仿真模型時，本文以地鐵車輛運行的實際車內(nèi)噪音為例，分析研究如下：

（一）不同地板材料隔聲特性分析

根據(jù)上文所述，本文對地鐵車輛地板的不同橫斷面結(jié)構(gòu)的隔聲特性進行深入分析。

首先，兩種地板使用的中空鋁型材相同，板材材料以及板材厚度、中間空腔厚度均相同，且空腔填充的隔熱材料均為碳纖維。其次，在FE-SEA 混合法的模型中，本文以長2000毫米、寬1500毫米的地板模型為例計算兩種地板在相同長度和寬度下在100到3000赫茲頻率范圍內(nèi)的隔聲量，并將計算結(jié)果統(tǒng)計為相關(guān)數(shù)據(jù)表格進行分析。

通過分析，本文認為在影響地鐵車輛地板隔聲性能的因素中，車輛地板的材料在低赫茲段占據(jù)主要因素，阻尼材料的影響較小，以剛度強的材料為主的地板能夠明顯隔音降噪。

（二）阻尼厚度對隔聲特性的影響分析

根據(jù)分析結(jié)果，本文模擬分析后認為，阻尼材料對地板的隔聲特性有一定的影響，具體體現(xiàn)在低頻段內(nèi)的隔成量效果上。在地鐵運行中，地鐵車輛車內(nèi)的噪聲主要以低頻段為主，因此為了分析阻尼材料與地板隔聲性能之間的關(guān)系，本文以2、4、6、8（單位：毫米）四個阻尼厚度為元素，分別計算不同阻尼厚度的地板的隔聲效果，并將數(shù)據(jù)計算分析如下。

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，在200赫茲段中，不同厚度的阻尼材料表現(xiàn)均不佳，隔聲效果最差。但從數(shù)據(jù)整體來看，200赫茲為阻尼材料隔聲效果的“分界點”，100-200赫茲階段內(nèi)，阻尼材料的隔音效果呈下降趨勢。但從整體效果分析，8毫米的阻尼材料隔聲效果更好，且從整體來看，隨著阻尼材料厚度的增加，地鐵車輛地板的整體隔聲性能處于增長范圍，且在200赫茲到800赫茲范圍內(nèi)，阻尼材料能夠充分發(fā)揮自身的優(yōu)勢，隔音效果最佳。

因此，本文結(jié)合上文對地板材料隔聲效果的分析，總結(jié)如下：

首先，根據(jù)FE-SEA混合法模型模擬演算的結(jié)果，第一類地板主要在100-250的低頻段赫茲以及800-3000的高頻段赫茲內(nèi)有明顯的隔聲效果。其背后原理為地鐵車輛地板在兩段赫茲內(nèi)以材料剛度為隔聲效果的主要影響因素。因此，地鐵車輛在選擇地板時可以根據(jù)實際車輛內(nèi)部噪聲的大小選擇地板材料以及地板結(jié)構(gòu)，在車輛整體為低頻段噪音的地板選擇上，第一款地板耗材更少，更符合此類地鐵隔聲降噪的需求。

結(jié)束語：

綜上所述，在我國城市軌道交通不斷發(fā)展的過程之中，地鐵作為滿足人們?nèi)粘３鲂械闹匾步煌üぞ?，其舒適度與安全性一直是人們討論的熱點話題。在此背景下，本文以地鐵交通的出行舒適度為出發(fā)點，以地鐵車輛地板為研究對象，通過分析地板材料、結(jié)構(gòu)以及阻尼材料對地鐵車輛內(nèi)部隔音效果的影響來為地鐵地板選擇合適的類型，進而滿足社會公眾的出行需求。

參考文獻：

[1]王曉建，陳梁金，屠鋒，等.粘彈性材料對約束阻尼復合結(jié)構(gòu)隔聲性能的影響[C]// 2020'中國西部聲學學術(shù)交流會論文集.2020.

[2]呂曉鵬，張魁煒，李文強.動車組用車內(nèi)地板斷面隔聲性能的試驗研究[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2019，000（017）：199.