学术前沿 | 利用3D打印微穿孔夹层结构提升声吸收性能

COMSOL 多物理场仿真技术 · 公众号 · · 2024-12-29 21:33

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基于三重周期最小曲面（TPMS）的微穿孔夹层结构是一种轻质、高强度、多功能的结构，集热交换、抗冲击、能量吸收等多种功能于一体，广泛应用于航空航天等多个领域。为了提高微穿孔板金刚石夹层结构（MPP-DSS）在低频下的声吸收性能，提出了一种基于TPMS的微穿孔夹层-聚氨酯复合结构。该微穿孔夹层和聚氨酯复合结构通过冻干法制备，将聚氨酯声吸收材料填充于MPP-DSS中。利用传递矩阵法建立了TPMS微穿孔夹层和聚氨酯复合结构的声吸收理论模型，并研究了填充聚氨酯前后微穿孔夹层结构的声吸收性能。研究结果表明，TPMS微穿孔夹层填充聚氨酯强声吸收材料后，可以扩展中低频段的相对声吸收带宽，使得峰值声吸收频率向294 Hz的低频方向移动，并将相对声吸收带宽扩展23.86%。低频段的声吸收性能主要由TPMS微穿孔共振声吸收结构决定，而高频段的声吸收性能则主要由聚氨酯强声吸收材料决定。这为如何设计轻质高强度的中低频宽带声吸收结构提供了有价值的参考。

本文基于微穿孔板的共振吸声原理，设计了一种TPMS微穿孔夹层和聚氨酯复合吸声结构。该TPMS微穿孔夹层-聚氨酯复合结构通过冻干法制备，将聚氨酯多孔材料均匀填充于夹层中。利用传递矩阵法建立了TPMS微穿孔夹层和聚氨酯复合结构的声吸收理论模型，并结合声阻抗管进行了理论分析。研究了不同微穿孔板厚度（1.5mm、2.0mm、2.5mm、3.0mm）以及填充相同厚度聚氨酯的复合夹层结构的声吸收性能。还研究了填充聚氨酯厚度对微穿孔夹层-聚氨酯复合结构声吸收性能的影响。研究结果表明，TPMS微穿孔夹层-聚氨酯复合结构是通过将聚氨酯强声吸收材料填充到MPP-DSS中形成的。该复合结构能够扩展MPP-DSS低频段的相对声吸收带宽。中低频段的声吸收性能主要由TPMS微穿孔共振吸声结构决定，而高频段的声吸收性能则主要由聚氨酯强声吸收材料决定。该研究为如何设计轻质高强度的中低频宽带声吸收结构提供了重要参考。所提复合结构是一种极具吸引力的超轻结构，可广泛应用于同时承载、能量吸收和声吸收等多功能应用。

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