高速列车地板用复合材料夹芯板隔声和力学性能研究

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随着经济的快速发展,城市之间的交流不断紧密,人口流动需求不断增大,为缓解这种状况,高速列车应运而生,其飞速发展给人们的出行带来了极大的便利。但高速列车不断的提速所带来的噪声问题也越来越大,使车厢,尤其是地板的隔声要求相应提高。在这一背景下,高速列车轻量化设计一方面可以降低车内噪声,另一方面可以减轻车身自重,减少能耗,对可持续、稳定的发展具有重要的现实意义。本文以高速列车内地板为研究对象,以标准样板(目前时速350km/h动车内地板)为比较对象,以轻量化设计为研究目标,采用密度小,刚度大的芳纶蜂窝芯为三明治结构的芯层,PPS预浸料、玻璃纤预浸料和碳纤维预浸料作为面板,通过热压成型制备蜂窝板,并对蜂窝板进行了隔声性能、弯曲性能以及平压性能的研究。首先,将不同规格的蜂窝芯搭配单种预浸料制备蜂窝板,并对其进行隔声测试,结果表明:蜂窝芯的厚度、密度以及预浸料材料对蜂窝板的隔声性能有一定的影响。蜂窝芯厚度增大,或者密度增大,蜂窝板隔声性能提升,同时PPS预浸料作为蒙皮隔声效果最好。蜂窝芯边长对蜂窝板隔声影响不大。如果蒙皮材料以PPS预浸料为基准,将玻璃纤维预浸料和碳纤维预浸料分别与之混合铺层制备混合面板蜂窝板,并进行隔声测试,结果表明:在PPS预浸料的基础上再铺一层碳纤维预浸料或玻璃纤维预浸料以及混合面板内外铺层方式对蜂窝板的隔声性能影响不大。其次,将不同规格的蜂窝芯搭配单种预浸料制备蜂窝板,并对其进行弯曲性能和平压性能的测试,结果表明:蜂窝芯的厚度、密度、边长以及面板材料对蜂窝板的弯曲刚度有不同程度的影响,蜂窝芯厚度增大,密度增大,边长减小,蜂窝板弯曲刚度增大。碳纤维预浸料作为面板材料时,蜂窝板的弯曲刚度最大。蜂窝芯的厚度、密度和边长对蜂窝板的平压模量有不同程度的影响,密度增大,边长减小,厚度增加,蜂窝板平压模量增大。面板材料对蜂窝板平压强度几乎没有影响。最后,根据上述测试结果,将PPS预浸料和碳纤维预浸料进行混合铺层搭配蜂窝芯(厚度大,密度大,边长小),并使用玻璃微珠对面板进行改性,制备最优蜂窝板。对所改进的蜂窝板进行了隔声测试、弯曲测试以及平压测试,并与标准样板进行了比较。结果表明:添加预浸料树脂含量5wt%的玻璃微珠至蜂窝面板可提升蜂窝板在500-1300Hz的隔声量约5-8d B,使最优蜂窝板在500-1300Hz频段隔声量与标准样板相当,1300-2500Hz频段仍有一定的差距,在力学性能方面,最佳蜂窝板的弯曲刚度和平压模量均小于标准样板,但两者差距不大。在重量方面,最佳蜂窝板较标准样板减重30%,从轻量化的角度看,最佳蜂窝板具有一定的优势。
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