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学术前沿 | 开槽泡沫铝的高效和宽带吸音性能

COMSOL 多物理场仿真技术  · 公众号  ·  · 2024-10-14 21:21

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为了提高泡沫铝的吸声性能,开发了一种开槽结构。首先,采用传递矩阵法建立了开槽泡沫铝吸声理论模型;其次,利用 COMSOL 软件建立有限元模型,预测吸声系数;通过阻抗管实验验证了理论模型和有限元模型的可靠性。通过分析内部声场来研究吸声机制。最后,研究了具有其他槽型的泡沫铝的吸声性能。此外,还研究了影响吸声性能的因素。结果表明,槽会改变材料内的声压分布,从而引起压力扩散效应。当声波通过狭窄的槽进入材料内部时,它们被槽侧面的基体材料吸收和消散。可以通过增加开槽泡沫铝的厚度、槽刻度和槽深来提高吸声系数。具体来说,当槽深为 15 mm,槽宽为 5 mm 时,未完全开槽泡沫铝在 1000 ∼ 6300 Hz 频率范围内的平均吸声系数为 0.86,可实现宽带吸声。随着槽深的增加,吸声峰变得更加明显。

本文建立了开槽铝泡沫材料的理论模型和有限元模型。通过阻抗管吸声实验,验证了这些模型的准确性。利用声压图和能量耗散图对开槽铝泡沫材料的内部声场进行了分析。此外,还探讨了各参数对开槽铝泡沫材料声学性能的影响。我们可以得出以下结论:

(1)模拟和理论吸声系数之间的RMSE为6.90%,PG-SAF为14.2%,IG-SAF为3.34%,I-SAF为5.33%。

(2)该结构的厚度、槽的宽度和槽的深度对其声学性能有显著影响。当结构厚度为40 mm时,在1250 Hz时,吸声系数可达到0.95。增加槽的宽度最初会导致峰值声吸收逐渐增加,然后减少,峰值频率向更高的频率移动。当槽体积超过基材体积的一半时,整体声学性能低于铝泡沫基材。槽深度为15 mm,在1000∼6300Hz频率范围内,平均吸声系数为0.86,表明具有显著的宽带吸声能力。随着“槽的深度的增加,吸声峰变得更加明显。

(3)插槽的引入提高了表面阻抗与空气的匹配性,显著提高了泡沫聚铝材料的吸声性能。插槽改变了材料内部的声压分布,产生了压力扩散效应。PG-SAF在1600 Hz时的峰值吸声系数为0.90,从而提高了低频吸声能力。IG-SAF在2000~6300Hz频率范围内的平均吸声系数为0.91,有效地拓宽了中高频吸声带宽。对于I-SAF,在500~6300Hz的频率范围内,平均吸声系数为0.75。对等宽、+型、*型槽的聚铝泡沫材料的吸声性能的研究表明,当槽体积保持不变时,槽配置对整体吸声性能的影响相对较小。


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