基于微观结构简化单元模型的微孔泡沫材料吸声行为研究

针对微孔泡沫材料的吸声系数通过其微观结构尺寸难以定量预测的难题,提出利用微孔泡沫铝的电镜扫描技术建立微孔泡沫铝微观结构的简化单元模型。利用该模型模拟微孔泡沫铝微观结构的拓扑结构,可以建立单元拓扑特征与关键的非声学参数包括静态流阻、黏性特征长度、热特征长度、曲折系数等之间的关系。在简化单元模型的基础上引入开孔率,明确了微孔泡沫材料的孔隙率和曲折度之间的关系,提高了预测微孔泡沫铝吸声系数的准确度。采用B-K阻抗管测量微孔泡沫铝试件的吸声系数,实验测量结果和理论预测结果一致。研究过程中制备的厚度小于30 mm的微孔泡沫铝试件在1 100～6 500 Hz频段内实现了平均吸声系数达0.8的宽频高效吸声。该研究工作可为设计、优化和制备具有更好吸声性能的微孔泡沫材料提供一定的参考。     

泡沫铝吸声系数的量纲分析

量纲分析是定性与半定量分析物理问题的重要方法之一，通过对影响泡沫铝吸声性能的结构参数的分析，利用瑞利分析法对泡沫金属的吸音性能进行了研究，尝试提供一种测量和计算相结合的新方法来预测泡沫金属的吸声性能．     

Al-Si闭孔泡沫铝材料的压缩行为

对熔体转移发泡法制备的不同密度Al-Si闭孔泡沫铝材料进行了准静态压缩实验,研究了Al-Si闭孔泡沫铝材料的准静态压缩力学行为及变形机制,并从微观上分析了相对密度对Al-Si闭孔泡沫铝材料的力学性能影响.结果表明,Al-Si闭孔泡沫铝材料的压缩过程具有明显的脆性材料压缩变形特征,即经历三个阶段线弹性阶段、脆性崩溃阶段、致密化阶段.相对密度对Al-Si闭孔泡沫铝材料的力学性能影响显著,随着相对密度的增加,压缩强度和弹性模量逐渐增大,且理论结果与试验结果比较吻合.     

硅藻泥-草梗复合吸声材料的测试研究

以硅藻泥、草梗、氧化镁为主要原料,加入一定的辅助材料,研制出一种新型复合多孔吸声材料.分析材料的吸声原理及基本特性,采用驻波管法在200~2 000Hz频段范围内测试材料的吸声性能.结果表明,材料的吸声性能受草梗掺量、尺寸、材料的密度和厚度以及背部空腔尺寸的影响,与一般常用吸声材料的吸声系数进行比较,综合吸声性能优良.     

非织造布结构吸声性能研究

研究背后有空气层时非织造布吸声特性.分析非织造布吸声系数与声阻抗率随频率的变化规律,由此得出吸声峰值频率的计算公式.传统窗帘吸声极大值频率的计算公式可以作为本文的一个特例.应用穿孔板共振结构吸声理论得出与实测非织造布结构第一吸声峰值频率相近的频率值.     

开级配沥青磨耗层降低路面噪声优化

为了评估开级配沥青磨耗层(OGFC)在降低路面噪声方面的性能,采用击实法制备了20种集料级配组成的OGFC混合料(OGFC-16、OGFC-13、OGFC-10和OGFC-5)马歇尔试件,利用驻波管按1/3倍频测得了不同试件的吸声频谱,并与密级配沥青混合料(AC-13)进行了对比.结果 表明:OGFC混合料的吸声频谱近似呈现出先升后降的变化规律,AC-13混合料的吸声频谱没有明显起伏变化,OGFC混合料的吸声系数要远大于AC-13;随着空隙率的增加,OGFC混合料的平均和峰值吸声系数逐渐增大,峰值频率向高频方向移动,并得到了吸声系数和降噪值随空隙率变化的数学表达式;对于空隙率相近的OGFC混合料,平均吸声系数几乎不受级配组成的影响,峰值频率随着公称最大粒径的增加向高频方向移动;随着试件厚度的减小,同一OGFC混合料试件的峰值吸声系数略有增加,峰值吸声频率向高频方向移动,但平均吸声系数明显衰减.因此,在满足路用性能和排水性能的前提下,降噪效果可作为优化OGFC混合料的依据,其空隙率宜为20％ ～23％.     

材料设计参数对双层多孔路面吸声性能影响

为提升双层多孔路面吸声性能,增强对轮胎与路面接触源头噪声的消减效果,给路面降噪功能优化设计提供依据,分析层间结合材料用量、底面层空隙率对双层多孔路面吸声性能的影响规律。采用表面声学阻抗试验获取混合料吸声系数曲线,对比不同层间结合材料用量、底面层空隙率对双层多孔路面吸声系数峰值和峰值频率的影响,并采用层间剪切、拉拔强度试验分析层间黏结性能。基于层间材料用量和底面层空隙率优化,提出一种采用聚氨酯表面层与改性沥青混合料底面层复合的双层多孔路面结构,通过室内试验分析复合路面材料的基本力学特性和吸声性能。研究结果表明：增加层间改性乳化沥青材料用量能够提升层间黏结强度,但会损失双层多孔路面的吸声效果,主要吸声频谱也会受到影响;提高底面层空隙率能够提升双层多孔路面的吸声性能,特别是对于高频噪声的吸收;而当底面层空隙率小于20%时,吸声系数峰值衰减较快。在聚氨酯材料提供足够黏结强度和表面层力学性能的条件下,复合型路面未采用层间结合材料,并提高了底面层空隙率,因此呈现出显著的高、低频吸声效果。为保持双层多孔沥青路面吸声性能和黏结强度的均衡,底面层空隙率不宜低于20%,在保障足够有效吸声功能基础上,宜使用...     

变截面消声管道耦合Helmholtz腔结构的声学性能

基于局域共振理论与管道消声理论,设计了一种变截面消声管道耦合Helmholtz谐振腔的声学超材料结构,并运用COMSOL软件进行仿真研究.在此基础上,探讨了变截面声学超材料结构的几何参数对吸声系数峰值的影响,运用声学试验测试了该声学超材料结构的声学性能.结果表明：该变截面声学超材料结构在低频范围(200～600 Hz)内可实现良好的吸声效果;通过改变管道小孔的截面半径,可以实现声学超材料结构固有频率的定向调节;与普通Helmholtz腔相比,该声学超材料结构的吸声系数峰可在一定低频范围内移动,提高了结构在低频范围内的吸声效果,拓宽了吸声系数峰值对应频率的范围;声学超材料结构的几何参数得到了优化,具有良好的吸声效果.     

弹丸侵彻闭孔泡沫铝冲击波形数值模拟

为分析弹丸结构参数及闭孔泡沫铝材料参数对冲击加速度响应的影响,建立了弹丸侵彻闭孔泡沫铝试验装置的动态非线性有限元模型。利用LS-DYNA软件模拟了弹丸冲击侵彻闭孔泡沫铝的波形发生过程。通过数值计算研究参数对冲击响应的影响,特别是对冲击过程中弹丸加速度峰值、脉宽及加速度波形的影响。研究发现,使用锥形头弹丸可获得较为平整的加速度波形;降低泡沫铝孔隙率、减小厚度、减小弹丸质量均会引起弹丸冲击加速度峰值的增大与冲击脉宽的减小;增大弹丸初速可提高冲击加速度峰值与脉宽。     

聚氨酯静电纺纳米纤维膜的吸声性能

为研究静电纺纳米纤维膜的吸声性能,以聚氨酯(PU)为原料制备静电纺纳米纤维膜,分析了纳米纤维膜基本参数及吸声性能,并与PU多孔膜和PU流延膜进行了对比.结果表明:在相同面密度和空腔条件下,孔径较小且分布均匀的PU纳米纤维膜的最大吸声系数略小于PU多孔膜,但显著大于PU流延膜;PU纳米纤维膜的共振频率和最大吸声系数的实际测试值与一般多孔膜共振材料的理论计算值相符,因此PU纳米纤维膜中纤维的振动等作用对其共振频率和最大吸声系数无影响或影响很小.另外,在PU纳米纤维膜后添加非织造材料能使其最大吸声系数显著提高,并使共振频率向低频方向移动.     

闭孔泡沫铝声屏障的降噪效果研究

用闭孔泡沫铝板作为高速公路声屏障材料,以沈阳市东西快速干道珠林桥附近安装的几段声屏障为例,对高速公路安装声屏障前后噪声的声压级进行了实地测量,计算得出声屏障的插入损失,以此考察闭孔泡沫铝板声屏障的降噪效果.通过对闭孔泡沫铝声屏障和普通百叶声屏障降噪效果的对比分析,发现闭孔泡沫铝声屏障整体降噪效果优于普通百叶声屏障,在高...     

有机硅改性聚氨酯海绵的吸声性能分析

为了改善聚氨酯海绵的吸声特性,采用有机硅改性的方法对其进行了研究。在制备的过程中,通过添加有机硅对聚氨酯海绵进行改性,对比了改性后与非改性材料的吸声性能,探究了其随频率变化的关系,测量并分析材料和空气层不同厚度时的吸声系数。通过实验深入探究了该材料对不同频段噪声吸声能力的差异以及材料和空气层不同厚度对材料吸声系数的影响,为该材料在汽车中的应用提供了指导。     

轧制制度对闭孔泡沫铝材料塑性的影响

研究了采用熔体发泡法制备的闭孔泡沫铝材料的轧制过程,分析了不同道次压下量条件下泡沫铝的变形特点与破坏方式,探讨了影响泡沫铝轧制能力的主要因素.结果表明:闭孔泡沫铝的轧制应遵循多道次、小变形的原则.道次压下量为0.1 mm时,Si质量分数为12%的泡沫铝(厚度约11 mm)经10道次变形后可实现1 mm的总变形量.道次压下量过大时泡沫铝的破坏方式为典型的脆性断裂,适宜的压下量则有利于发挥泡沫铝良好的吸能性,但小变形时易出现弯曲而使材料最终发生剪切破坏.提高泡沫铝轧制能力的具体方法为降低基体中的Si含量,提高材料组织性能的均一性,轧制工艺中采用适宜的道次压下量和较低的轧制速度.     

泡沫铝夹心板静态三点弯曲变形行为及力学性能

采用焊接方法制备了泡沫铝夹心板,通过对制备出的泡沫铝夹心板进行三点弯曲实验,测量其整体的抗弯特性.应用数字图像相关方法计算了弯曲过程中试样表面的全场变形响应,结合对载荷-位移曲线的分析,讨论了2种不同孔结构夹心板的变形行为.结果表明:由于夹心材料结构上的不同,导致其破坏方式的不同;以闭孔泡沫铝为夹心的夹心板弯曲吸能比夹心为开孔泡沫铝的多,而开孔泡沫铝夹心板的弯曲刚度则更高些,这对泡沫铝夹心板的设计及工程应用具有实际指导意义.     

粮食中声波传播理论模型的建立及实验验证

 以Biot的流体饱和多孔介质声传播理论为基础,对Biot理论中忽略双相介质间热效应的问题进行了修改,同时将Johnson模型拓广到颗粒介质(粮食)中,认为粮食颗粒间孔隙既有圆柱形又有平行狭缝状,建立了粮食颗粒中声波传播理论模型,利用这一模型对粮食吸声系数进行了计算,计算值与实验值吻合较好.     

多种粮食声吸收的研究

目的 为防止储粮虫害，对多种粮食在自然堆积状态下的声吸收进行了研究。方法采用驻波管法测量了多种粮食的吸声系数。结果报道了粮食颗粒形状、大小及粮食堆积厚度与其声吸收存在的规律，涉及不同粮食间声吸收的比较、颗粒形状相似粮食的声吸收对比、堆积厚度对声吸收的影响、粮食声吸收机理等，结果显示：粮食是高吸收声波的媒质，储粮害虫发出的声信号由粮食内传至表面时的声衰减较大。结论粮食颗粒形状、大小的不同，使其声吸收各异；粮食厚度也是影响其声吸收的一个重要因素，厚度增加，吸声系数随之增大；粮食声吸收受粮食品种影响甚微，这为储粮害虫声检测工作提供了理论依据及资料积累。     

An Elastic Absorber Theory for a Thin Fabric Sheet

The current sound absorption theory which is based on Rayleigh model believes that fibrous material absorb sound by the fluid frictional energy dissipation between the air and the solid fibers. However, Rayleigh model is only useful for a quanlitative understanding of effects in a porous material but not for calculation of the acoustical properties of real absorbent. In this paper, a new vibration sound absorption theory which is totally different from classical theory was put forward. The specific acoustic impedance of fiber layers have been derived from the membrane vibration equation and the sound absorption coefficient calculated agree with test results. The new theory can explain the phenomenon that thin fiber layers exhibit less sound absorption coefficient when it was as the cover fabric of sound absorber, but it is mare efficient to sound absorption when it was hang as the curtains or have back cavity behind it.     

室内木制品用空心刨花板吸声性能的研究

采用驻波法测试了挤压法生产的空心刨花板与平压法生产的实心刨花板在不同试验条件下的吸声系数,并探讨了材料结构、孔隙率、表面处理等因素对吸声性能的影响。结果表明:挤压法生产的空心刨花板比平压法生产的实心刨花板吸声性能好。挤压法生产的空心刨花板的平均降噪系数为0.30,是平压法生产的实心刨花板的2倍,其平均吸声系数大于0.2,是理想的吸声材料。空心刨花板孔道的吸声系数纵向排列时要比横向排列时高。采用表面砂光方法对提高两种板材的吸声系数都有一定的效果,其中平压法生产的实心刨花板更明显。