学术前沿 | 先进的声学设计：采用多孔材料和微孔的 3D 打印热塑性折叠芯夹层结构，可增强吸音效果

COMSOL 多物理场仿真技术 · 公众号 · · 2024-09-17 21:25

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本研究引入了一种新型的声学吸声结构，采用3D打印技术制作，以解决吸声材料（SAMs）在低频范围内的吸声能力较弱的问题。该结构由碎碳纤维-分散型热塑性聚酰胺（CF-PA）、连续碳纤维（CCF）丝和涂有石墨烯氧化物（GO）的聚氨酯（PU）泡沫组成。模拟研究表明，优化的结构参数和微孔直径可导致在1250 Hz处的声吸收系数（SAC）提高至99%以上，在低频范围内（160-1600 Hz）。涂有GO的PU泡沫SAMs在高频范围内（1600-6000 Hz）表现出卓越的声吸收性能，在24此外，在填充了GO涂层聚氨酯泡沫的结构上进行的横向压缩测试表明，其压缩载荷提高了32%，这表明该结构适用于各种应用场合。

我们开发了一种新型的带有微孔的三明治SAS结构，并用多孔SAMs填充。这种折叠芯结构采用3D打印CFC工艺制造，结合CF-PA和CCF丝材。测量了CCF/CF-PA复合结构的纵向弹性模量、泊松比和密度，以开发出提供最佳低频声学性能的三明治SAS。基于测量的物理特性，通过优化设计参数设计了一种三明治SAS，以在低频（160-1600 Hz）范围内提供出色的声学性能。基于该设计，使用CF-PA作为折叠芯材料制造了结构，CCF/CF-PA是三明治结构的面层。为了提高制造的折叠芯三明治结构的声吸收性能，在中高频带（160-6000 Hz）范围内进行了改进。这通过引入多孔GO涂层PU泡沫实现。当比较制造的折叠芯夹层结构有无微孔的吸声性能时，第一个结构在高频带中显示出峰值SAC。对于填充PU泡沫的结构，填充GO涂覆PU泡沫的结构比填充纯PU泡沫的结构具有更好的吸声性能。这归因于空气摩擦流动的增加、结构振动、多次反射和散射，从而提高了吸声性能。压缩试验的结果表明，微孔和非微孔面板之间的强度没有显著差异。当夹层结构填充多孔材料时，载荷有效地分布在多孔材料上，使压缩载荷比普通折叠芯夹层结构增加。GO形成的层次结构增强了承载效果，并导致最大的压缩载荷。这证明了该结构具有非凡的耐久性，使其成为工业、商业和住宅领域长期有效的噪声抑制解决方案。