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学术前沿 | 常规和多孔双层结构泡沫铝吸声性能及机理研究

COMSOL 多物理场仿真技术  · 公众号  ·  · 2024-05-27 21:53

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开孔泡沫铝在2500-4000 Hz范围内呈现吸声谷,降低了800-6300 Hz范围内的吸声性能。采用渗铸法制备了一种新型双层结构泡沫铝,对其孔隙结构、吸声性能、声学模型及吸声机理进行了研究。该双层结构由单个孔径为250 μm或600 μm的常规孔(CP)层和双孔径为250 μm和600 μm的多孔细胞壁(PCW)层组成。随着CP层与PCW层厚度比的减小,与小孔CP层结合时,双层结构的声吸收谷值增大。而与大孔CP层结合时,则略有降低。双层结构吸声谷值为0.912,平均吸声系数为0.902。双层结构的吸声谷值优于均匀结构,提高了吸声性能。建立了基于Lu修正的双层结构吸声模型,与实验结果吻合较好。修正后的模型进一步分析了影响吸收谷的重要几何参数。声阻抗分析表明:梯度声阻抗降低了空气-结构界面处的声反射,增加了结构界面处的二次反射;2)串并联结构增加了共振峰带宽,双尺寸谐振腔调节了共振峰频率。

本研究采用渗透铸造法制备了一种孔隙率为79-83%的新型铝泡沫双层结构。双层结构由传统的孔隙层(CP层)和多孔细胞壁层(PCW层)组成,其中CP层是单孔结构,孔径为250 μm或600μm,PCW层是双孔结构,孔径分别为250 μm和600 μm。在相邻的层之间有一个连续的过渡。

在800~6300Hz范围内,随着CP层与PCW层厚度比的增加,双层结构与小孔径CP层结合的吸声谷继续增大。而双层结构与大CP层结合后的吸声谷则略有下降。厚度比为1:5的两层双层结构的吸声谷为0.912。平均吸收系数为0.902,与厚度比为600 μm的单孔结构相比,分别增加了24.9 %和16.3 %。声吸收谷值的增加有利于平均吸收系数的增加。

在Lu模型的基础上,提出了一种研究多孔细胞壁结构的改进模型。改进后的模型将多孔细胞壁结构视为两种尺寸的谐振腔的等效单元。其理论值与实测值吻合较好。在改进模型中引入4个孔隙结构参数(大主孔的孔隙和细胞壁孔的孔隙、小主孔的孔隙和细胞壁孔隙)来描述多孔细胞壁结构的吸声性能。其中,小主孔隙的孔壁孔隙对声波反射和散射行为的影响更为显著。此外,采用改进的双层结构模型对其吸声曲线进行了预测,修正模型的理论值和实测值也吻合较好。PCW层的大孔径和小孔径对吸声谷值有显著影响。

声阻抗分析表明,双层结构产生吸声谷的原因是:(1)多孔细胞壁层的双尺寸谐振腔调节谐振峰值频率间隔,而串联并联结构增强了声波与多孔介质的相互作用;(2)双层结构的声阻抗步长变化降低了层界面的声反射,增加了结构界面的二次反射。


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