三聚氰胺泡沫吸声材料声学性能的仿真研究毕业设计论文(编辑修改稿)

三聚氰胺泡沫吸声材料声学性能的仿真研究毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

率分别为 125Hz、 250Hz、 500HZ、 1000HZ、 20xxHz、4000Hz 平均吸声系数 大于 的材料 叫做 吸声材料 [14],平均吸声系数大于 的材料称作高效吸声材 料。 在工程应用中，吸声材料的质量主要通过材料的吸声系数体现的。 吸声系数（ ）指材料吸收的声能与入射到材料上的总声能的比值。 如图 21 表示的是声音在传播过程中能量的变化关系，其中 Ei表示单位时间内入射的总声能， Er为反射的声能 ， Ea为吸收的声能，吸声系数 可以表示为： =EaEi=1 ErEi=1 |Pr|2|Pi| （ 21） 式中 Pi为入射声波的声压， Pr为反射声波的声压。 安徽新华学院 20xx 届本科毕业论文（设计） 6 图 声能的反射、透射与吸收 由于材料的吸声系数与声音的频率有关，不同频率的吸声系数是不同的，因此在测量材料的吸声系数通常使用平均吸声系数对材料的吸声效果进行评价，虽然不能真实有效的反映出材料的吸声效果，但其仍具有实用价值。 ̅ = ∑ ii=ni=1n （ 22） 式中 ̅为平均吸声系数： i为各频率的吸声系数。 工程设计过程中通常依据无规入射吸声系数，由于其测量的条件接近于现实生活中材料的使用条件。 无规入射吸声系数指声波以相同的概率从各个方向无规则的入射时所测定的吸声系数。 在实验室里测量得出各种吸声材料的吸声系数。 现在 ,材料吸声系数的侧量方法主要有三种 :驻波管法、传递函数法和混响室法。 l)驻波管法 驻波管法是测量材料 的垂直入射吸声系数的方法。 当声波垂直入射到测试材料的表面而被反射时，在管内就形成驻波。 测出极大声压和极小声压的比即驻波比 n 后，就可按式 计算材料的垂直入射吸声系数。 由于实用中的试件的吸声系数与声波的 入射方向及安装条件有关，而像驻波管法中所采用的入射方向及安装条件在工程中是没有的，因此驻波管法仅用于研究吸声系数与其样品的大小无关的吸声材料的声学性能。 另外，用驻波管法还能测量材料的声阻抗。 此时要测定的量有驻波比、从试件表面至第一个声压极小值的距离和两个相邻极小值之间的安徽新华学院 20xx 届本科毕业论文（设计） 7 距离。 2)传递函数法 传递函数法测定法向人射条件下吸声材料的吸声系数，涉及阻抗管的使用、两个传声器的位置和数字频率分析系统。 本方法也能用来测定吸声材料的表面声阻抗率或表面声导纳率。 测试样品装在一支平直、刚性、气密的阻抗管的一端。 管中的平面 声波由（无规噪声、伪随机序列噪声或线性调频脉冲）声源产生。 在靠近样品的两个位置上测量声压，求得两个传声器信号的声传递函数，用此计算试件的法向人射复反射因数、法向人射吸声系数和声阻抗率。 上述这些量都是作为频率的函数确定的。 频率分辨率取决于采样频率和数字频率分析系统的测量记录长度。 有用的频率范围与阻抗管的横向尺寸或直径及两个传声器之间的间距有关。 用不同尺寸或直径和间距作组合，可得到宽的测量频率范围。 3)混响室法 混响室法的 测量结果为 随机入射吸声系数，是通 过测定混响室的 混响 时间 来确定材料的吸声系数的。 混响室法 测量时 ,被 测样品也是紧贴刚性背衬 ,通 过测量有无样品时房间的混响时间计算吸声系数。 有 背 衬的测量条件 与声学材料的 实际应用环境是相似的 ,但无背 衬时测量的吸声系数更能反映材料的吸 声特性。 我 们将这两类测量方法分别称之为 反射法 测量和透射法测量。 从已 发表的文献来看 ,背 衬对吸声特性的研究主要集中在 水下。 空气声中两 类方法测量的吸声系数差异很少讨论。 主要原因也 许是现有的阻抗管法或混响室法测量原理本身所决定的 ,如 样品安装方式以及所用的单频或宽带连续声 波使透射波、反射波与入射波的分离比 较困难。 吸声材料的类型 目前我国生产和使用的吸声材料种类繁多，其吸声原理是声音在传播过程中具有粘滞性及内部摩擦作用和热传导效应 ,将声能逐渐转化为其它能量而达到吸能降噪的效果。 材料不同 ,其吸声特性也不同。 在工程应用中 ,我们通常将吸声材料分为以下几种类型 ,如下表 22 所示。 安徽新华学院 20xx 届本科毕业论文（设计） 8 表 22 吸声材料的类型 多多孔吸声材料料 共振吸声材料料 特殊结构吸声材料料 纤纤维状吸声材料料 单个共振器吸声材料料 吸声尖劈劈 颗颗粒状吸声结构构 薄板共振吸声材料料 可调吸声结构构 泡泡沫状吸声材料料 微穿孔板吸声材料料 空间吸声体体 三聚氰胺泡沫材料的 简介 三聚氰胺泡沫塑料具有体积密度小、疏松轻质、高多孔结构；对于高频吸声系数大，低频吸声系数低等特点。 三聚氰胺泡沫塑料构造特征与吸声特性 三聚氰胺泡沫塑料 从表面到其内部具有大量的相互贯通的微型小孔，且这些孔隙在材料内部均匀分布，其内部内部筋络总表面积大 ,有利于吸收声能。 三聚氰胺泡沫塑料内部的孔洞是向外敞开，这样有易于声波进入孔洞内。 三聚氰胺泡沫塑料体积密度为 4~10 kg/m179。 ，厚度 50 mm 的面密度为 200~600 g/m178。 由此可知 ) 三聚氰胺泡沫塑料是一种超轻的吸声材料。 同时三聚氰胺泡沫塑料具有良好的隔热保温作用因此它又是一种良好的绝热材料。 三聚氰胺泡沫塑料吸声特性曲线总体变化趋势为随着声音频率的增加吸声系数也随着增大。 影响三聚氰胺泡沫塑料吸声性能的因素 影响三聚氰胺泡沫塑料吸声性能的因素 ,但从工程实用角度 ,主要是体 积密度、背后条件、厚度、面层等因素；从材料的结构参数看 ,主要是孔隙率、流阻、结构因数 ,它提供了理论分析的依据。 (1)三聚氰胺泡沫塑料层厚度的影响：增加三聚氰胺泡沫塑料的厚度， 吸声第一共振频率向低频区方向移动， 使得低频区的吸声系数变大对高频区的吸声系数的影响不大。 随着三聚氰胺泡沫塑料的厚度不断增加，吸声系数的变化趋势也逐渐趋于平缓。 三聚氰胺泡沫塑料的第一共振频率 fr与厚度 d 可近似成反比，满足 frd = 常数。 (2)三聚氰胺泡沫塑料 密度的影响：三聚氰胺泡沫塑料当厚度不变时，随着安徽新华学院 20xx 届本科毕业论文（设计） 9 密度的增加，三聚氰胺泡沫塑料在低频中的吸声性能有所提升，但是密度过大会导致三聚氰胺泡沫塑料变得密实，空气穿透量下降，其吸声系数也随之降低。 由此可知三聚氰胺泡沫塑料对于不同频率均存在着最优的密度值。 (3)空气流阻的影响：流阻过大或过小都能使材料 吸声特性降低，流阻（ Rf）是用来表示 声音传播时材料中的空气穿过孔隙间所受到的阻力。 流阻率（ Rs）表示单位厚度的流阻。 流阻、流阻率存在 Rf = ∆Pu 与 Rs = 1d ∙ ∆Pu 关系。 表达式中 d 表示三聚氰胺泡沫塑料的厚度， u 为流通过三聚氰胺泡沫塑料的线速度， ∆P为三聚氰胺泡沫塑料两边的压力差。 (4)孔隙率的影响 ：三聚氰胺泡沫塑料孔隙率达 70%99%之间，其孔隙率为内部空气体积与三聚氰胺泡沫塑料总体积之比，即 P = VaVm其中 P 为孔隙率（ %），Vm为三聚氰胺泡沫塑料的总体积 ,Va为三聚氰胺泡沫塑料与大气相连通的空气体积。 (4)背后空气层的影响：三聚氰胺泡沫塑料背后留有一定厚度的空气层，相当于增加了三聚氰胺泡沫塑料的厚度，不仅 能够增加低频吸声系数，还可以节省材料。 安徽新华学院 20xx 届本科毕业论文（设计） 10 3 毕奥理论与 VA One 软件 由于本文后续三聚氰胺泡沫塑料仿真实验中将多次使用 Biot 理论中的结论与公式及使用 VA One 仿真软件，为了叙述方便，本章简要介绍 Biot 理论与 VA One 仿真软件。 毕奥 (Biot)理论 毕奥理论中用弹性参数、毛孔参数和声学参数来描述多孔材料。 用声学参数、毛孔参数来描述刚性多孔材料。 弹性参数包括杨氏模量、泊松比、固体密度，声学参数包括流体密度、定压比热、定容比热、流体动力粘度系数、流体热传导系数，毛孔参数包括孔隙率、流阻系数、毕奥因子、流体体积模量、曲折系数、特征粘性长度、特征热效长度。 多孔材料的毕奥模型是在假设材料的各向异性处理等效各向同性；每点都定义相应固体的应力与流体的压力；材料的任何特征都远小于波长；小的位移能够使用弹性理论；流体是连续的；封闭的毛孔被认为是骨架的一部分，其中空气的运动不考虑等基础上建立起来的。 根据 biot 理论可以得出流体饱和的孔隙弹性 体满足应力 应变关系 τ = (H −2G)(∇∙ u)+C(∇∙w)I + G(∇u+ ∇uT) (31) −p = C∇∙u +M∇∙ w (32) 运动方程 ∇∙ τ = ρü + ρfẅ （ 33） −∇p−ρfẅ −ẅ θF(w)k0= (ρf∅+ ρa) 1∅2ẅ （ 34） 表达式中 u 表示固相位移； w = ∅(uf −u)表示渗流位移； 表示孔隙度； p表示孔隙流体压强； uf表示平均流体位移 ；上标点号表示对时间的求导； 表示单。