吸声材料的研究现状与展望

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。

降噪材料研究报告论文降噪材料研究报告论文摘要:噪声是我们日常生活中的一个常见问题。

为了解决这个问题，许多研究人员致力于开发降噪材料。

本研究报告将介绍降噪材料的研究进展和应用领域，并讨论未来可能的发展方向。

引言:随着城市化的加速发展，噪声污染的问题日益突出。

噪声可以对人们的健康和生活质量造成严重影响。

因此，降噪材料的研究变得越来越重要。

降噪材料研究进展:降噪材料是一种可吸收、减弱或隔离噪声的材料。

近年来，许多研究人员通过改变材料的结构和性质，开发出了各种各样的降噪材料。

常见的降噪材料包括厚度吸音材料、弹性可调制吸声材料和复合材料等。

厚度吸音材料是最常见的降噪材料之一。

它们通过增加材料的厚度来增加声音的吸收量。

这种材料通常由多层材料构成，其中包括吸声材料和隔音材料。

吸声材料能够吸收声波的能量，而隔音材料则能够隔离声波的传播。

通过合理组合这些材料，可以达到较好的降噪效果。

弹性可调制吸声材料是近年来的一个新兴研究领域。

这种材料具有可调节吸声性能的特点。

通过改变材料的结构或应变状态，可以调节材料对不同频率声音的吸收能力。

这使得降噪材料具有更广泛的应用范围。

复合材料是一种由两种或多种不同材料组成的新材料。

通过合理设计复合材料的结构和配方，可以实现更好的降噪效果。

目前，石墨烯和陶瓷等材料正在被广泛研究和应用于降噪材料领域。

降噪材料的应用领域:降噪材料有广泛的应用领域。

除了在建筑和交通等领域中用于降低噪音污染外，降噪材料也可应用于电子设备、航空航天以及工业设备等领域。

例如，电子设备中的散热风扇常常产生噪音，使用降噪材料可以减少噪音的传播。

未来发展方向:降噪材料的研究仍处于初级阶段，还有许多问题有待解决。

首先，需要进一步研究降噪材料的吸声机制，以提高降噪效果。

其次，需要开发更具可持续性的降噪材料，以减少对环境的影响。

此外，与人工智能等新兴技术的结合，也是未来降噪材料研究的一个趋势。

结论:降噪材料的研究对于解决噪声污染问题具有重要意义。

聚氨酯泡沫塑料隔音吸声性能的研究聚氨酯泡沫塑料作为良好的吸声、隔音和隔热材料等被广泛地应用于运输、建筑、包装以及冷藏等行业领域，聚氨酯泡沫塑料一般可分为硬质、半硬质以及软质泡沫塑料等。

洛阳天江化工新材料有限公司将它们的隔音性能总结如下：硬质聚氨酯泡沫塑料以闭孔为主，具有优异的隔音以及隔热性能；半硬质聚氨酯泡沫塑料为半开孔、半闭孔结构，具有一定的隔音和吸声性能；软质聚氨酯泡沫塑料则以开孔为主，其隔音性能较差，但具有优异的吸声性能。

下面，洛阳天江化工的专家主要就制备工艺以及隔音吸声性能两方面对聚氨酯隔音泡沫塑料做出了介绍。

一、聚氨酯隔音泡沫塑料的制备工艺1、直接成型法直接成型法的具体操作工序为：通过高压发泡机或高速搅拌机将多元醇、多异氰酸酯以及发泡剂和催化剂直接注入封闭的模具中（反应注射成型）或搅拌5-10s后注入模具中（浇注成型）反应发泡，然后采用冷固化或者逐步加热固化的方式在1000r/min的转速下搅拌5s后注入模具中，静置3min后取出，最后在湿度为25.5%的环境中放置24h，从而制得吸声性能优良的聚氨酯隔音泡沫塑料，这种方法所制得的聚氨酯泡沫塑料具备良好的低频吸声性能。

2、复合法复合法是通过将聚氨酯泡沫塑料与穿孔板、纤维、吸声棉、混凝土以及沙浆等进行复合来制备吸声夹芯复合材料的一种方法。

这种方法的具体操作步骤为：在两层混凝土轻质墙板（或穿孔板、纤维、吸声棉以及沙浆）之间浇注一层聚氨酯硬泡夹芯层，以此来获得吸声性能良好的复合结构材料。

采用这种方法所制得的复合隔音材料具有减振隔音、保温防水、质量轻以及比强度高等特点。

此外，相关文献报道了一种新型的墙体保温层结构，这种结构的创新之处在于将聚氨酯硬质泡沫作为芯层，然后在底部涂上一层防潮底漆，顶部依次为砂浆层、胶粉聚苯颗粒层、抗裂砂浆复合耐碱网布、腻子和外墙涂料，这种新型结构具有保温、防水、隔音、吸振等多种功能。

3、回收重塑法回收重塑法是将废旧的聚氨酯泡沫粉碎成颗粒状，然后再与短纤维以及新的聚氨酯胶粘剂按照一定的比例混合，之后将混合料液倒入模具中，用蒸汽热压成型，最后再经过熟化处理，以此来获得吸声材料的一种方法。

吸声材料的结构及其发展吸声材料是一种能够有效吸收声音能量的材料，可以降低噪声和增加声音品质。

其结构和发展主要通过以下几个方面：材料类型、材料结构、制备工艺和应用领域。

一、材料类型1.多孔质材料：如海绵、泡沫塑料、玻璃纤维等。

多孔质材料的孔隙结构能够吸收声波的机械振动能量，达到吸音的效果。

2.纤维状材料：如吸音棉、矿棉、吸音毯等。

纤维状材料可以通过纤维之间的摩擦和碰撞来吸收声波，具有较好的吸音性能。

3.弹性材料：如橡胶、聚氨酯等。

弹性材料能够将声波能量转化为热能，实现吸音的效果。

二、材料结构1.孔隙结构：多孔质材料的孔隙结构对声波的吸收具有很大影响。

合理设计孔隙结构能够增加材料的吸声能力。

2.纤维结构：纤维状材料的纤维密度、纤维直径和纤维之间的距离等参数会影响其吸声性能。

较高的纤维密度有利于吸收高频声波。

三、制备工艺1.物理制备法：如发泡、熔融、纺丝等。

物理法制备的材料通常具有较好的吸声性能和耐高温性能。

2.化学制备法：如溶胶凝胶法、湿法沉淀法等。

化学法制备的材料具有较好的均一性和可调控性。

3.复合制备法：将不同材料进行复合可以综合利用各材料的优点，提高吸声效能。

四、应用领域吸声材料广泛应用于建筑、交通工具、电器、音频设备等领域：1.建筑领域：用于提高室内环境的声学性能，降低室内噪音。

2.交通工具领域：用于减少车辆行驶过程中噪音的传导和反射，提高乘坐舒适度。

3.电器领域：用于降低电器设备运行时的噪音水平，提高用户体验。

4.音频设备领域：用于优化音响设备的声音品质，减少音频回声和镶嵌。

随着科学技术的不断发展，吸声材料的结构设计和制备工艺不断创新和优化，使得吸声材料的吸音效果得到了极大的提升。

同时，随着环境噪声和声学需求的不断增加，吸声材料正在积极探索更广泛的应用领域，以满足社会的需求。

第25卷第10期电力科学与工程Vol.25,No.10402009年10月Electric Power Science and EngineeringOct.,2009收稿日期：5作者简介：李海斌(5－),男,华北电力大学数理学院硕士研究生泡沫金属的吸声特性及研究进展李海斌，张晓宏（华北电力大学数理学院，河北保定071003）摘要：对泡沫金属吸声性能研究的进展进行了综述，介绍了泡沫金属的结构特性、吸声机理、影响其吸声性能的主要因素，以及其发展前景。

关键词：泡沫金属；吸声性能；吸声机理；赫姆霍兹共振器中图分类号：O421.5文献标识码：A0引言随着现代工业的发展，噪声已经成为当今世界三大污染源之一。

噪声控制问题已逐渐引起了各国政府和科技工作者的重视[1,2]。

目前，噪声主要的解决办法是采用吸声材料进行吸声降噪处理。

传统的吸声材料主要有有机纤维材料、无机纤维材料以及泡沫聚合物材料。

这些材料的强度低、性脆易断、使用寿命短、易潮解、吸尘易飞扬，容易造成二次污染等，从而限制了这些材料在工业上的应用[3~5]。

随着科技和制造工业的发展，一种新型的多孔吸声材料也应运而生，这种材料即为泡沫金属材料。

1泡沫金属的结构特性目前，泡沫金属从结构上可以分为[6~8]：开孔、闭孔以及半开孔泡沫金属。

开孔泡沫金属具有蜂窝状连续金属骨架结构，其内部具有大量的气孔，且所有的孔都是连通的，孔的周围由金属材料构成蜂窝状多边形立体网络；闭孔泡沫金属内部具有大量的气孔，但孔是相互独立的，孔与孔之间并不连通；而半开孔泡沫金属内部不仅有连续的孔结构，还有相互独立的孔存在。

图1为开孔型泡沫金属的外观结构。

一般，泡沫金属具有如下几个结构特性[6~8]：(1)重量轻，比重小。

泡沫金属的比重仅为同体积金属的1/50~3/5。

(2)孔隙率高。

一般的泡沫金属的孔隙率为40%~90%，而海绵状发泡金属材料的孔隙率可高达98%。

(3)比表面积大。

泡沫金属的比表面积可达10~40c m 2/cm 3。

微孔纤维复合吸声结构引言：随着城市化进程的加快，噪声污染问题日益突出。

为了改善室内和室外环境的声学质量，吸声材料和结构的研究变得越来越重要。

微孔纤维复合吸声结构作为一种新型吸声材料，具有优异的吸声性能和广泛的应用前景。

一、微孔纤维的制备技术微孔纤维是一种具有高孔隙率和多孔结构的纤维材料，其制备技术主要包括模板法、静电纺丝法和溶剂蒸发法等。

模板法是通过在纤维表面涂覆一层可溶性模板材料，然后在高温下烧蚀模板材料，形成微孔结构。

静电纺丝法是利用静电力将高分子溶液拉丝成纤维，然后通过控制纤维的固化方式和条件形成微孔结构。

溶剂蒸发法是将高分子溶液涂覆在基底上，然后通过蒸发溶剂的方法形成微孔结构。

二、微孔纤维的吸声机理微孔纤维的吸声机理主要包括摩擦耗能、多重反射和多重散射等。

首先，声波在纤维表面摩擦产生能量损耗，使声波能量转化为热能。

其次，声波在微孔纤维之间多次反射，使能量分散，减少声波的传播。

最后，声波在微孔纤维内部多次散射，使声波能量发生衰减，从而达到吸声的效果。

三、微孔纤维复合吸声结构的优势相比传统吸声材料，微孔纤维复合吸声结构具有以下优势：1. 高吸声性能：微孔纤维具有高孔隙率和多孔结构，能够有效吸收声波能量，提高吸声性能。

2. 宽频带吸声性能：微孔纤维复合吸声结构的孔隙大小和孔隙分布可以通过调节纤维的尺寸和密度来控制，从而实现在不同频段内的吸声效果。

3. 耐热性和耐久性：微孔纤维复合吸声结构具有良好的耐热性和耐久性，能够在各种恶劣环境下保持稳定的吸声性能。

4. 轻质化：微孔纤维复合吸声结构的材料密度较低，重量轻，便于安装和携带。

5. 环保性：微孔纤维复合吸声结构采用无毒无害的材料制备，对环境友好。

四、微孔纤维复合吸声结构的应用领域微孔纤维复合吸声结构具有广泛的应用前景，主要应用于以下领域：1. 建筑室内：用于吸声墙板、吸声天花板和吸声地板等，改善室内声学环境，提高声音的清晰度。

2. 交通运输：用于汽车、飞机和火车等交通工具的内饰材料，减少噪音对乘客的影响。

建筑工程中的声音隔绝材料研究在建筑工程中，声音隔绝材料的研究是至关重要的。

随着城市化进程的不断推进，人们越来越追求舒适和宁静的生活环境，因此，在建筑设计和施工中采用合适的声音隔绝材料，成为了一个急需解决的问题。

本文将对建筑工程中的声音隔绝材料研究进行探讨和分析。

1. 声音隔绝材料的意义在建筑工程中，声音隔绝材料的研究对于提供舒适的居住和工作环境有着重要的意义。

随着城市交通的发展以及人口数量的不断增加，噪音污染成为了人们生活中普遍存在的问题。

噪音不仅会对人们的身心健康造成不良影响，还会影响人们的工作效率和生活质量。

声音隔绝材料的应用可以有效地减少噪音传播，降低室内外噪音水平，提供安静和舒适的环境。

2. 声音隔绝材料的分类根据声音隔绝材料的不同特性和用途，可以将其分为几类。

首先是隔声材料，其作用是通过吸收、反射和散射等方式，减缓声波传播速度，降低声能传输。

常见的隔声材料包括吸音板、聚酯纤维、玻璃纤维等。

其次是吸音材料，其作用是通过吸收和转化声波的能量，减少噪音的反射和传播。

常见的吸音材料包括吸音棉、泡沫塑料、泡沫玻璃等。

此外，还有一些特殊的声音隔绝材料，如隔离膜、金属隔声板等，具有特定的隔音效果。

3. 声音隔绝材料的研究方法声音隔绝材料的研究需要结合实践和理论，并采用一系列的实验和分析方法。

首先，可以通过声学实验室进行吸声和隔声性能的测试和评估。

实验室条件下，可以根据材料的特性和结构，测量其吸声系数和隔声量，并对其效果进行评估和比较。

其次，可以通过计算模拟和数值分析的方法，对声音隔绝材料的性能进行预测和优化。

借助现代计算机软件和数学模型，可以模拟声波在材料中的传播和反射，从而为材料的设计和选择提供科学依据。

4. 声音隔绝材料的应用领域声音隔绝材料的应用领域非常广泛。

在建筑工程中，可以应用于墙体、天花板、地板、窗户等部位，以减少室内外噪音的传播。

此外，在交通工具、机械设备、工业厂房等场所，也可以采用声音隔绝材料，降低噪音污染带来的影响。

纳米材料在吸声材料上的应用研究彭敏;赵晓明【摘要】传统的多孔吸声材料在中高频段有着良好的吸声性能,但在低频段的吸声效果却不佳.介绍了多孔吸声材料的吸声机理,吸声材料的的种类及发展趋势,重点介绍了纳米材料与多孔吸声材料复合后对其吸声性能的影响,特别是对低频段吸声性能的提高,并对吸声材料的发展趋势做了展望.%The traditional porous absorption material has good sound absorption performance at high frequencies and poor performance at low frequencies.The sound absorption mechanism of porous absorption material,the types and development tendency of sound absorption material were introduced,the influence of composite material with nanomaterial and porous absorption material on sound absorption performance was mainly discussed,especially for the improvement of performance of low frequency sound absorption.And the development tendency of sound absorption material was put forward.【期刊名称】《成都纺织高等专科学校学报》【年(卷),期】2017(034)002【总页数】6页(P232-237)【关键词】噪音;吸声材料;纳米材料;静电纺丝【作者】彭敏;赵晓明【作者单位】天津工业大学纺织学院,天津 300387;天津工业大学纺织学院,天津300387【正文语种】中文【中图分类】TS1021.1 噪音的定义人类浸沐在声音的汪洋之中，并通过声音与他人交流、获取信息，并依赖声音从事各种社会实践活动。