多孔性吸声材料的研究进展_李海涛

多孔吸声材料在高速船舱室噪声控制中的应用随着现代高速船的发展，高速船舱室噪声问题日益突出，已成为高速船设计及运行管理中急需解决的问题。

噪声污染不仅会影响船员的生产和生活，还会影响船舶的操作安全。

解决高速船舱室噪声问题是提高生产效率、维持操作安全的关键。

目前，在高速船舱室噪声控制中，多孔吸声材料被广泛应用。

多孔吸声材料是一种能够吸收噪声的材料，通过将声波能量转化为热能或机械能而实现吸声的目的。

多孔吸声材料具有良好的吸声、隔声、防振、吸热和耐磨等性能，适用于舱室外墙、内墙、天花板和地板等部位。

多孔吸声材料的应用主要通过两种方式实现：一种是在舱室内墙表面涂覆多孔吸声涂料，另一种是安装多孔吸声板材。

这两种方式在噪声控制效果上有所区别。

涂覆多孔吸声涂料的解铃还须系铃人。

其优点是在不影响船舶结构及布置的情况下增加了吸声性能，缺点是涂料容易磨损、老化，需定期更换。

而安装多孔吸声板材的好处是其能与船壳结合起来，形成一个整体承载系统，能够适应长期使用。

吸声板材选择的关键是根据实际情况选择适当的吸声孔径和孔径形状、厚度和密度等指标，以达到最佳吸音效果。

多孔吸声材料的应用可以有效地降低高速船舱室内的噪声水平。

通过使用多孔吸声材料，可以将噪声吸收到较低的水平，从而避免船员与设备受到噪声的干扰。

对于高速船来说，降低噪声是非常重要的，因为高速船舱室内的噪声会严重干扰船员的听觉和感觉，从而降低船员的工作效率和工作热情。

总的来说，多孔吸声材料在高速船舱室噪声控制中应用广泛，能够有效降低舱室噪声，提高船员的工作效率，增加工作安全。

随着技术的不断进步，相信未来多孔吸声材料在高速船舶领域的应用必将更加广泛。

为了更好地了解多孔吸声材料在高速船舱室噪声控制中的应用效果，以下列举一些相关数据，并进行简要分析。

1.控制前后噪声差异通过对上海某高速客轮船舱室进行噪声测试，测得在控制前车厢区域平均噪声级为78.2dB(A)，而在使用多孔吸声材料后，噪声级平均下降至73.5dB(A)，差异达到了4.7dB(A)。

中文摘要摘要噪声污染已经成为了当今世界非常严重的环境问题之一。

汽车噪声在城市噪声中占有很大比例，在汽车的减振降噪措施中，吸声是一个很重要的途径，而多孔材料是应用得最多的吸声材料。

因此研究多孔吸声材料的吸声特点，吸声性能的影响因素具有重要的意义。

本文以玻璃纤维作为主要研究对象，探讨了多孔吸声材料的理论模型，分析了影响多孔材料吸声性能的因素，研究了多孔材料在穿孔管消声器中的应用并进行了优化设计。

论文主要工作如下：首先，介绍了多孔吸声材料的理论模型、多孔吸声材料的五个声学特征参数的定义以及测试方法。

开发了测量多孔材料流阻率的实验设备，并对几种多孔材料的流阻率进行了测量；选用质量-体积法对多孔材料的孔隙率进行了测量；基于吸声系数测量中的传递函数法对多孔材料的吸声系数进行了测量。

其次，基于Johnson-Champoux-Allard模型以及五个声学特征参数，利用声学有限元方法分析了多孔材料吸声性能的影响因素，重点研究了多孔材料的物理参数（材料厚度、材料背后空腔厚度等）、声学参数（流阻率、孔隙率等）的变化对其吸声性能的影响；基于传递矩阵以及声学有限元法，对多层复合多孔吸声材料的影响因素进行了分析。

最后，将多孔吸声材料应用于穿孔管阻性消声器中，使用声学有限元方法计算消声器的传递损失变化。

以声学特征参数为设计变量，消声器传递损失为目标函数，进行优化设计。

采用最优拉丁超立方实验设计选取样本点，生成设计矩阵；根据设计矩阵中的样本点利用声学有限元法仿真计算消声器传递损失；基于样本点以及响应值，利用Kriging近似模型拟合方法建立消声器传递损失的近似模型；最后用多岛遗传算法对消声器传递损失进行优化。

优化后，消声器传递损失增加了4.32dB，多孔材料的吸声系数在对应频率段也有所增加。

关键词：多孔吸声材料，仿真分析，传递矩阵法，目标优化I英文摘要ABSTRACTNoise pollution has become one of the most serious environmental problems in the world. Automobile noise occupies a large proportion of urban noise.Absorption is a very important method in car vibration and noise reduction measures, and porous materials are the most widely used sound absorption materials. Therefore, it is of great significance to study the sound absorption characteristics of porous sound-absorbing materials and the influencing factors of sound absorption performance. This article takes glass fiber as the main research object, discusses the theoretical model of porous sound-absorbing material, analyzes the factors which influence the sound-absorbing performance of porous material, studies the application of porous material in perforated plate muffler and optimizes it. The main work of this article is as follows: First, the theoretical model of the porous sound-absorbing material, the definition of the five acoustic characteristic parameters of the porous sound-absorbing material, and there test method are introduced. The experimental equipment for measuring the flow resistance of porous materials was developed, and the flow resistance of several porous materials was measured; the porosity of porous materials was measured by the mass-volume method; based on the transfer function measurement. The sound absorption coefficient of the porous material was measured.Secondly, based on the Johnson-Champoux-Allard model and five acoustic parameters, the acoustic finite element method was used to analyze the influencing factors of the sound absorption properties of porous materials, and the physical parameters of porous materials (material thickness, cavity thickness behind the material, etc.) were mainly studied. The effects of changes in acoustic parameters (flow resistance, porosity, etc.) on the sound absorption performance were also studied ; the influence factors of multi-layer composite porous sound-absorbing materials were analyzed based on transfer matrix and acoustic finite element method.Finally, the porous sound-absorbing material was applied to a perforated plate muffler, and the transmission loss of the muffler was calculated using the acoustic finite element method. Taking the acoustic characteristic parameters as design variables, the transmission loss of the muffler as objective function, and the optimization design is performed. The optimal Latin hypercube experimental design was used to select sample points and generate a design matrix. The acoustic finiteIII重庆大学硕士学位论文element method was used to simulate the transmission loss of the muffler according to the sample points in the design matrix. Based on the sample points and response values, an approximation model of muffler was built using the Kriging fitting method. An approximate model of the transmission loss; then, a multi-island genetic algorithm is used to optimize the transmission loss of the muffler. After optimization, the transmission loss of the muffler increased by 4.32 dB, and the sound absorption coefficient of the porous material also increased in the corresponding frequency band.Keywords: Porous Sound-absorbing Materials, Simulation Analysis, Transfer Matrix Method; Goal OptimizationIV目录目录中文摘要 (I)英文摘要 (III)1 绪论 (1)1.1论文的研究背景及意义 (1)1.2国内外多孔吸声材料研究现状 (1)1.2.1 多孔材料特征参数的研究 (2)1.2.2 多孔材料吸声理论的研究 (4)1.3论文的主要研究内容 (5)2 多孔吸声材料及其声学模型简介 (7)2.1多孔吸声材料简介 (7)2.1.1 多孔材料基本特征及分类 (7)2.1.2 多孔材料吸声机理与吸声性能评价指标 (8)2.1.3 多孔材料吸声特性 (9)2.2多孔吸声材料声学模型简介 (12)2.2.1 多孔材料声学特征参数定义 (12)2.2.2 多孔材料声学模型 (15)2.3本章小结 (19)3 多孔材料声学参数的表征 (21)3.1多孔材料流阻率的测量 (21)3.1.1 多孔材料流阻率的测量方法 (21)3.1.2 多孔材料流阻率测量设备开发 (22)3.1.3 多孔材料流阻率的测量 (23)3.1.4 多孔材料流阻率测量装置的误差分析 (25)3.2多孔材料孔隙率的测量 (27)3.2.1 多孔材料孔隙率测量方法简介 (27)3.2.2 多孔材料孔隙率的测量 (28)3.3多孔材料吸声系数的测量 (28)3.3.1多孔材料吸声系数测量方法简介 (28)3.3.2 多孔材料吸声系数测量 (31)3.4多孔材料其他声学特征参数的测量 (34)3.4.1 多孔吸声材料曲折因子的测量 (34)V重庆大学硕士学位论文3.4.2 多孔吸声材料粘性特征长度与热效特征长度的测量 (34)3.5本章小结 (35)4 多孔材料吸声性能影响因素分析 (37)4.1阻抗管有限元模型 (37)4.2仿真方法可行性验证 (39)4.3物理参数对多孔材料吸声性能的影响 (40)4.3.1 厚度多孔材料吸声性能的影响 (40)4.3.2 背后空腔厚度对多孔材料吸声性能的影响 (42)4.4声学特征参数对多孔材料吸声性能的影响 (44)4.4.1 流阻率对多孔材料吸声性能的影响 (44)4.4.2 孔隙率对多孔材料吸声性能的影响 (45)4.4.3 曲折因子对多孔材料吸声性能的影响 (46)4.4.4 粘性特征长度对多孔材料吸声性能的影响 (47)4.4.5 热效特征长度对多孔材料吸声性能的影响 (49)4.5多层复合多孔材料吸声系数理论计算 (51)4.5.1 多层复合多孔材料传递矩阵的建立 (51)4.5.2 多层复合多孔材料吸声系数计算 (52)4.5.3 理论仿真验证 (54)4.6声学特征参数对多层复合多孔材料吸声性能的影响 (55)4.6.1 流阻率对多层复合多孔材料吸声性能的影响 (55)4.6.2 孔隙率对多层复合多孔吸声材料吸声性能的影响 (57)4.6.3 曲折因子对多层复合材料吸声性能的影响 (58)4.7本章小结 (59)5 多孔吸声材料的应用与优化 (61)5.1穿孔管消声器有限元模型 (61)5.2传递导纳理论 (62)5.3穿孔管消声器仿真分析 (63)5.3.1 消声器有限元模型验证 (63)5.3.2 消声器有限元仿真分析 (64)5.3.3 考虑吸声材料的消声器声学有限元仿真分析 (65)5.4考虑吸声材料的消声器性能优化 (66)5.4.1 试验设计 (66)5.4.2 建立近似模型 (68)5.4.3 目标优化 (70)VI目录5.5本章小结 (73)6 总结与展望 (75)6.1全文总结 (75)6.2工作展望 (76)致谢 (77)参考文献 (79)VII1 绪论1 绪论1.1 论文的研究背景及意义随着现代化工业、交通运输和城市建设的快速发展，特别是城市人口的急剧增长，噪声污染已经变得日益严重。

多孔吸声材料声学模型及其特征参数测试方法研究进展于长帅;罗忠;骆海涛;何凤霞【期刊名称】《材料导报》【年(卷),期】2022(36)4【摘要】噪声是载人航天器的重要环境因素之一,航天器环境噪声升高会直接影响航天员工作和休息,进而影响空间科学任务。

然而,以往在轨运行的载人航天器存在较多噪声过大的问题,多孔吸声材料已经在国际空间站应用并取得良好的降噪效果,我国空间站预计2022年底建成,了解声学多孔材的声学模型以及吸声机理对我空间站运营阶段的降噪具有重要的意义。

基于刚性框架假设,多孔吸声材料声学等效模型分为经验模型和唯像模型,Delany-Bazley是常用的经验模型,采用此模型不能对多孔材料吸声的性能提供精确的预测,唯象模型考虑了声波在材料孔隙和空腔中的传播,可以准确预测吸声性能,因此Johnson-Champoux-Allard唯象模型被众多学者应用。

流阻、孔隙率、曲率、粘胶特征长度和热特性长度等多孔材料声学特性参数是准确建立多孔材料Johnson-Champoux-Allard模型的关键,流阻测试方法包括直接气流法、声学阻抗管法、交流法和比较法;孔隙率的测试方法分为直接测试方法和声学阻抗管测试方法;曲率、粘性特征长度和热特性长度可以通过超声波进行直接测试,直接测量通常比较复杂、不太可靠并且具有破坏性,反演优化方法是获得多孔材料曲率、粘性特征长度和热特性长度的常用方法。

本文概述了多孔吸声材料在国际空间站的应用情况,综述了多孔吸声材料声学等效模型的研究进展,介绍了多孔吸声材料吸声原理、声学扰动基本方程以及声学属性参数的测试方法,重点介绍了多孔吸声材料声学等效模型中的经验模型和唯像模型,进而对多孔材料声学等效模型中的声学特征参数的测试方法进行详细论述。

【总页数】11页(P222-232)【作者】于长帅;罗忠;骆海涛;何凤霞【作者单位】东北大学机械工程与自动化学院;中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室;中国科学院机器人与智能制造创新研究院【正文语种】中文【中图分类】TB535.1【相关文献】1.水泥基多孔吸声材料研究进展2.多孔吸声材料的研究进展及发展趋势3.基于三维GIS技术的输电线路特征参数测试方法研究4.正渗透膜特征参数测试方法研究进展5.薄膜铁磁材料特征参数扫场/扫频测试方法探讨因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

多孔吸声材料吸声原理
多孔吸声材料是一种常用的吸声材料，它能够有效地吸收空气中的声波能量并将其转化为热能。

其吸声原理具体如下：
1. 散射：多孔吸声材料的表面存在许多不规则的孔洞和凸起，当声波撞击到这些不规则表面时，会产生散射作用。

这种散射作用会将声波能量分散到不同的方向上，从而减少声波的反射。

2. 吸收：多孔吸声材料的孔洞和孔壁会引起声波的多次反射和折射，使声波在材料内部进行多次传播和耗散。

由于孔洞和孔壁形成的复杂声波路径，声波能量会逐渐转化为热能，从而减少声波的反射和传导。

3. 摩擦：当声波通过多孔吸声材料时，声波会与孔洞壁面以及材料内的空气分子发生摩擦。

这种摩擦会将声波能量转化为微弱的热能，从而降低声波的强度和传播距离。

综上所述，多孔吸声材料通过散射、吸收和摩擦等机制，能够有效地吸收声波能量，达到降低噪声和改善声学环境的目的。

多孔吸声材料的基本特征最近又仔细研究了下多孔吸声材料，有了新发现。

咱先说说这个多孔吸声材料的结构特征。

这材料啊，就像蜂窝似的，有好多的孔。

我观察的时候就在想，这些孔应该就是它能吸声的关键部分。

我拿了一块多孔吸声材料，就那种常见的，感觉这些孔密密麻麻的。

有的孔大一点，有的呢就比较小，大小不一。

从大的方面来看，就好像一块很特别的海绵，不过和海绵还不太一样。

再讲讲它吸声的情况。

我做了个小试验，在一个有回响的小空间里，一块地方就正常，一块地方放上这种多孔吸声材料。

然后制造一点声音，比如说拍一下手。

放了多孔吸声材料的地方啊，那个回声明显就小很多。

这就很奇怪了，让我想想这个特征为啥会这样。

哦对了，我感觉这些孔就像一个个小陷阱，声音传进去后，就在这些孔里被分散了，就好像一群人本来是整齐地往前走，突然遇到了好多岔道，一下子就散开了，声音就这么消失了，大概就是这个意思。

还有啊，它的材质好像也有很多种。

我看到有纤维类的，就像那种毛茸茸的材料，但又不是普通的毛毡。

摸起来也感觉不一样，有一点蓬松，再仔细看就全是那些小孔。

还有些是泡沫类的，就像咱们平常看到的泡沫，但这种肯定是经过特殊处理的泡沫，不像咱平常垫东西的泡沫那么简单。

我一开始还看错了，以为就是普通泡沫，仔细研究才发现不太一样。

不过有一点我也不太确定。

我发现有些多孔吸声材料在受潮之后，不知道是不是我的错觉，它吸声的效果好像就变差了。

我只是这么感觉的，也不确定是不是这个材料本身就有这种特性，还是说受潮只是一个巧合。

这时候我就想啊，是不是这些孔被水填满了，声音在水里和在空气里传播情况不一样，填满了水就像把那些小陷阱都给堵住了，这个还得再研究研究。

另外一个比较明显的特征，就是这种材料在不同的频率下吸声效果好像也不一样。

低频、高频那些声音在它面前的反应不太一样呢。

就好比是不同身高的人，走在不同宽窄的通道里，有的走得顺一些，有的就会磕磕碰碰的。

这低频声音，可能孔对于它来说就有点障碍重重，而高频声音可能就像是灵活的小老鼠，一下就钻进去被消耗掉了。

含三聚氰胺多孔材料分层复合介质吸声特性白聪;沈敏【摘要】三聚氰胺泡沫材料是一种具有高开孔率的多孔材料,具备优良的吸音、防火隔热及环保性能,可以作为吸声材料与弹性板、空腔介质形成复合结构,在建筑、航空、交通工具等工程领域有广泛的应用.该文基于Biot理论和分层介质在交界面处的不同边界条件,建立非均匀复合介质背衬刚性壁面结构的理论声学模型,详细分析了多孔材料布局对复合结构吸声特性的影响.该文理论模型计算的结果与阻抗实验得到的垂直入射吸声系数基本一致,验证了理论模型的正确性.结果表明:在多孔材料前面增加空气层可以改善高频吸声特性;在多孔材料后面增加空气层可以改善复合结构低频吸声特性.通过合理配置多孔材料,可以在应用需求频段上达到满意的吸声效果.【期刊名称】《应用声学》【年(卷),期】2019(038)001【总页数】9页(P76-84)【关键词】分层复合介质;多孔材料;吸声特性;阻抗管;无规入射【作者】白聪;沈敏【作者单位】武汉纺织大学数字化纺织装备湖北省重点实验室武汉 430073;武汉纺织大学数字化纺织装备湖北省重点实验室武汉 430073【正文语种】中文【中图分类】TB535+.10 引言近年来，科研工作者对多孔材料吸声特性进行了大量的研究，多孔材料一般可以充当吸声结构的填充层，实际工程中大都采用多孔材料与其他高分子薄膜、弹性板或者空腔复合，形成分层复合结构，使得声波在复合结构中逐层衰减，可以达到较好的吸声效果，在建筑、航空、交通工具等工程领域有广泛的应用[1]。

相比传统的聚氨酯材料，三聚氰胺泡沫属于高开孔率多孔材料，有着优良的吸音、隔热、防火和环保特性，可作为新一代的声学材料。

研究者开始使用三聚氰胺泡沫与其他弹性板、空腔复合形成复合结构，例如：三聚氰胺泡沫可以和毛毡、纤维、金属箔和塑料薄膜等模压在一起制成轮廓填充部件，作为隔音器、消音器、隔热板等结构的吸声或隔声材料[2−3]，也可作为层压式吸音单元，安装在汽车引擎罩的下方用于空腔填充，或者铺设在车身端壁前以及传输通道内，用于发动机机舱消音。