层合复合材料声学性能研究

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1、Iy'-5241s摘要本文利用相关的声学、振动学、材料学和有限元数值方法，首先对层合隔声复合材料的设计原则进行了分析，而后利用有限元方法进行层合复合材料降噪性能预测分析，得到了与实验数据比较吻合的结果。另外对作为层合复合降噪材料重要组份之一的高聚物发泡材料(PUF)的吸声性能进行了探讨，通过有限元方法模拟其粘弹性能对吸声性能的影响，并实验研究了其宏观物理表征与吸声性能的关系。结合有限元数值分析和优化设计理论，针对噪声频谱特性以及要求的降噪效果，进行了材料各组份的厚度的优化设计，以实现材料的经济高效的使用。研究结果表明对层合复合降噪材料在中低频范

2、围内的应用，有限元数值方法是一个有效而准确的研究和设计途径。关键词:层合复合有限元降噪吸声优化AbstractBycombiningthetheoryofacousticandvibration,materialscienceandusingfiniteelementmethod(FEM),thedesignprincipleforlaminatedcompositeswasstudiedinthispaper,andthenitispresentedthatthenoisereductioncanbepredictedbyfiniteelem

3、entmethodinthatitisprovedthattheFEMresultsiswellcoincidentwiththeexperimentalones.Asanimportantcomponentinlaminatedcomposites,thefoamedpolymermaterial(polyurethanefoam,PUF)isalsostudiedinthispaper.Theviscoelasticproperty'sinfluenceonabsorptionpropertyisstudiedbyFEM,andtherel

4、ationshipbetweenthemacroscopicalphysicalpropertiesandtheabsorptionpropertyisresearchedbyexperiment.Atlast,accordingtotherequirementofnoisereductioninacertainfrequencyscope,weoptimizedthethicknessofeachlayerinthelaminatedcomposites场FEMandoptimizationtheorytorealizeefectiveusi

5、ngofmaterialThestudyprovedthatFEMisanefectiveandaccuratemethodforthelaminatedcomposites'researchanddesignationinmiddleandlowfrequencyscope.KeyWords.laminatedcomposites,finiteelementmethod(FEM),soundreduction,soundabsorption,optimization1引言1.1声功能材料的研究和发展概况在21世纪的今天，人类生活质量逐步提高，

6、噪声污染的问题随之显现出来，成为社会公害之一。噪声对人类的危害是多方面的，影响人们的休息、学习和工作。为此各国在住宅、学校、工厂、城市环境、交通工具内部等各方面都己经逐步建立起来了噪声的限制标准。噪声控制技术也随之应用于人类生活的各个场合，逐渐发展起来[1'].1971年以来，“国际噪声会议”每年举行一次。噪声控制学己从建筑声学中独立出来成为一门新兴学科[21噪声的控制分为三种途径[(31:在声源处降低噪声幅值;在声波传播途径中阻隔、吸收声能;在声音接收点采取保护措施，减少噪声影响。在这三种途径中，都离不开声功能材料的利用。声功能材料在传统意义

7、上分为隔声材料和吸声材料两类。常用的传统隔声材料为均质单层材料，单层材料的隔声性能遵循质量定律，即隔声量随其面密度的增加而增加。所以传统隔声材料所要求的是厚而重，这就造成要得到良好的隔声效果，结构就必然笨重的现象。吸声材料通常是多孔性材料，以实现空气进入材料内部孔洞后产生磨擦、粘滞作用而消耗能量，降低声能。这类材料包括纤维状、颗粒状和泡沫塑料[41随着对声功能材料研究的深入与发展，综合考虑外形的美观、结构的轻便，研制新型降噪材料和结构成为当前关注的热点[51隔声材料的发展趋势是采用复合材料，近几年发展起来的主要有FC复合板，褶皱芯层隔声结构和蜂

8、窝夹层结构。在建筑中已经广泛利用的FC(硅酸钙板)轻质复合墙板是由硅酸钙板作为面层，两面层间加入阻尼或吸声材料构成的。内层材料可以使用软木[61、用再