基于材料优化的汽车风道噪声降噪研究 陈应航

基于材料优化的汽车风道噪声降噪研究陈应航
发表时间：2019-07-19T10:41:24.840Z 来源：《新材料.新装饰》2019年2月下作者：陈应航
[导读] 汽车风道是指汽车内的空气流动管理系统，在整个汽车风道的设计中，要求该系统能够独立完成通风、保暖、制凉、降噪等功能。

由于考虑到空气流动及压力的布置，因而汽车风道截面往往是处于一种近似于极值的状态。

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（蚌埠学院，233000）
摘要：汽车风道是指汽车内的空气流动管理系统，在整个汽车风道的设计中，要求该系统能够独立完成通风、保暖、制凉、降噪等功能。

由于考虑到空气流动及压力的布置，因而汽车风道截面往往是处于一种近似于极值的状态。

在空气动力学的规格参数基础上，如何进行汽车风道噪声降噪研究，本文从汽车风道设计材料的基础上提出进一步优化。

由PE发泡材料实现汽车风道制品轻量化，通过空气流动能够有效避免芯线电容，从而稳定外径。

PE发泡材料为低介质常数的材料，对温度反应相当灵敏，因此作为温控设备与空气系统的主要材质可以得到极大的应用。

关键词：汽车风道；PE发泡；噪声降噪
引言：
目前，汽车风道介质损耗角正切值阈值较低，这是由于硬质塑料在高频下极化损耗变化幅度较小的原因。

但硬质塑料十分满足汽车风道通气除雾的性能要求，因而当前市场中许多汽车采用硬质塑料作为汽车风道的主要搭建材料。

汽车风道的主要材料是决定汽车空气系统优化的重要参考系数，而合理的应用材料组合能够直接提高汽车风道的优化程度。

因此，在进行汽车风道噪声降噪研究时，不仅要考虑材料优化程度，还得根据材料横截面积、介质密度与设计工艺等等客观因素出发，从而构建合理且高效的汽车风道设计系统。

一、汽车风道噪声降噪的原理研究
（一）吸声原理及材料研究
吸声设计是汽车风道噪声降噪的两大重要组成部分之一，吸声设计的原理是通过材料微孔中震动的能量进行消耗。

但一般情况下，吸声系统设计的主要材料往往会存在热交换，即使得车内的温度上涨的情况。

因而为了能够使得汽车在夏季保持凉爽，材料横截面积、介质密度与设计工艺等等客观因素能够有效影响空气流动与热交换，从而使得吸声导致的材料发热问题能够得到有效解决。

介质与密度往往是直接决定吸声设计上下限的关键因素。

在一般情况下，设定汽车风道设计有限的参数时，材料密度越小，吸声效果越好，但过大的密度往往会引发空气流动摩擦等问题。

因此，在设计风道时，需要考虑选取合适的材料。

材料横截面积往往是根据汽车风道所需的规格进行截断，通常情况下，横截面积越大，吸声效果越好。

但过大的横截面积容易影响到汽车风道内的空气流通，因而吸声材料往往注重强调设计工艺[1]。

（二）隔声原理及材料研究
隔声原理是指声音以声源为中心，向四周扩散，而当扩散到墙壁等阻碍物的表面时，大部分的声波会反射回去，这也是回音的形成。

一般情况下，单纯的隔声音原理往往会于介质传导进行混淆，这主要设计到了材质与密度的关系。

一般来说，密度如曲线函数，当面临一个最高点极值时，隔声效果最好，反之，当密度离这个数值越来越远，隔声效果越来越差。

在一般情况下，材料横截面积越大，隔声效果越大。

然而汽车风道的空间与容积是有效的，这意味着过高的隔声效果也会影响到空气流动的速率，从而进一步影响汽车风道的性能。

因此，合理的选取相应横截面积，对汽车风道的性能能够起到极大的提升意义[2]。

二、PE发泡材料对汽车风道噪声降噪的影响
（一）PE发泡材料对汽车风道吸声效果的影响
PE发泡材料是由PE材料在制作过程中，添加相应的热效应发泡剂而制成的，这一过程属于化学发泡的标准流程。

因此，PE发泡材料具有应用度广泛，通过控制比例衍生材质多且内部气泡变化程度大等特点。

由于PE发泡材料是由相应的热效应发泡剂而制成，因此，PE发泡材料对于温度的变化亦十分灵敏，相应的，温度亦能影响到PE发泡材料的发泡情况与程度。

PE发泡材料由于内部气泡变化大，因此吸声效果十分良好，甚至可以通过温度的变化对吸声效果进行相应的扩缩。

在另一方面，PE发泡材料必须放置在干燥的环境下存放，利用这一方面，PE发泡材料也可以作为良好的干燥剂，使得其在汽车风道湿度控制方面起到极大的作用[3]。

（二）PE发泡材料对汽车风道隔声效果的影响
汽车风道隔声效果是指声波反射原理，因此PE发泡材料可以根据湿度的变化，从而减小或增大介质常数。

当湿度过高时，水分进入PE 发泡材料中，从而引起介质常数的变化，而PE发泡材料发泡率会随着介质常数的降低而增大，此时，时间延迟亦会随之减小。

因此，在研究PE发泡材料对汽车风道隔声效果的过程中，合理利用比例热效应，使得PE发泡材料自主发生化学分解变化，从而不稳定的发泡状态。

同时采取PP、PS或TEFLON等低介质常数的PE发泡材料作为汽车风道的主要材料，能够有效通过化学分解结合环境快速分裂。

当声波入射到PE发泡材料表面时，大部分声波被PE发泡材料内气泡反射回去，只有小部分声波透过材料被微孔吸收，从而达到隔声的目的。

而湿度上涨时，PE发泡材料微孔极具减小，气泡逐渐增加，从而隔音效果也愈好[4]。

三、PE发泡材料对汽车风道噪声降噪的有效应用
（一）全PE发泡材料设计的有效应用
全PE发泡材料在汽车风道噪声降噪上可以被用于制作水平叶片、垂直叶片、拨纽、拨轮与壳体等汽车风道的主要构成主体：PE发泡材料制作水平叶片可形成相应缓冲体，在涉及到汽车风道故障时，可以有效避免碎片溅射造成人员安全问题，同时还能根据自身密度小、成本低的特点，有效缓和汽车涡轮机形成的噪音与路面上的尘土污染；而PE发泡材料制作垂直叶片，不仅能保持水平叶片的制作优点，还能根据PE发泡材料对温度特有的灵敏度，形成发泡程度的不同，从而有效控制噪声降噪的程度与空气流动的速度；当PE发泡材料制成拨纽、拨轮与壳体等构建时，由于PE发泡材料耐化学性好，使得其直接与人体油脂接触时，并不会发生汽车风道系统生锈腐蚀等情况；甚至可以通过PE发泡材料发泡程度的不同，制成更加符合空气动力的应用形式[5]。

（二）半PE发泡材料设计的有效应用
半PE发泡材料设计是指将拨纽、拨轮与壳体等汽车风道的部件形成缓冲的衬垫，或者将其作为内衬材料直接置于硬质塑料内；也可制
成汽车风道之间的缓冲部分；还可以作为人体与汽车风道系统之间的缓冲材料。

由此可将汽车风道的内置体系进行相应的缩小或空大，而半PE发泡材料具有的低成本优良特性，能够有效降低汽车风道的成本设计。

由于半PE发泡材料可以作为闭孔材料或开孔材料，因此吸湿性能亦可以作为有效控制的方式，可以通过闭孔对风雨的侵蚀进行抵御，而不会减少它本身的缓冲性能与耐腐蚀性。

作为半PE发泡材料设应用的汽车风道，使得汽车风道的走向能够避免过大的转角，从而有效降低风阻与噪音的传播介质。

四、结束语 PE发泡材料作为未来汽车风道设计的主要优化性材料之一，选取合适的横截面积、介质密度与设计工艺，从而消除涡轮机运动带来的噪声；对于吸声作用等热压成形设计装置，尽量根据科学的声学效果，充分发挥热压成形设计装置的隔声性能。

在汽车风道的控温系统设计中，高温也是影响噪音的主要因素之一，因而材料保温与隔热场合的合理应用，能够进一步有助于汽车风道的噪声降噪设计。

参考文献
[1]王争论,刘昉,康伟.基于材料优化的汽车风道噪声降噪研究[J].拖拉机与农用运输车，2017，（08）：13-15.
[2]贾继德.客车内外噪声控制关键技术及工程应用研究[M].合肥工业大学，2017，（03）：36-40.
[3]颜建容.汽车空调系统及乘员室气动声学特性优化研究[M].湖南大学，2016，（04）：13-15.
[4]刘璐.风冷冰箱风扇的气动噪声仿真与降噪研究[M].昆明理工大学，2017，（03）：22-26.
[5]刘昉,王争论,康伟.基于三维有限元分析的汽车风道材料降噪方法[J].噪声与振动控制，2017，（08）：16-18. 作者简介：陈应航（1990.08-），女，安徽蚌埠人，学历：硕士，职称：助教，工作单位：蚌埠学院，研究方向：数字化设计与仿真以及汽车降噪设计。