三聚氰胺泡沫的孔隙率對(duì)其吸聲性能影響的仿真分析

琚林鋒+林賢坤

摘 要：針對(duì)三聚氰胺泡沫的孔隙率對(duì)其吸聲性能的影響規(guī)律進(jìn)行有限元分析?；诘湫蛦螌迎h(huán)肋圓柱殼體有限元模型，在結(jié)構(gòu)內(nèi)壁敷設(shè)三聚氰胺泡沫材料的條件下，通過改變材料的孔隙率來研究聲腔內(nèi)部響應(yīng)聲壓級(jí)變化規(guī)律。分析表明，三聚氰胺泡沫材料的孔隙率對(duì)其吸聲性能影響較大且影響規(guī)律較明顯。

關(guān)鍵詞：三聚氰胺泡沫材料；有限元分析；孔隙率

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.247

1 引言

三聚氰胺泡沫材料具有良好的吸聲特性，在車輛、船舶及航空航天等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。為了在工程中能夠科學(xué)合理地使用三聚氰胺泡沫材料，使其在吸聲方面的效果得到較好地發(fā)揮，就需要研究三聚氰胺泡沫材料的吸聲特性的影響因素。

近年來外許多學(xué)者對(duì)三聚氰胺材料泡沫材料吸聲特性影響因素進(jìn)行了研究。苑改紅等[1]通過駐波管試驗(yàn)對(duì)三聚氰胺泡沫材料的吸聲性能進(jìn)行了測(cè)定，分析了材料厚度、密度對(duì)其吸聲性能的影響。劉愷等[2]通過VA One軟件平臺(tái)，分析了三聚氰胺泡沫材料的密度、孔隙率及厚度對(duì)其吸聲性能的影響。

2 三聚氰胺泡沫材料的結(jié)構(gòu)及參數(shù)

三聚氰胺泡沫材料又稱蜜胺泡沫材料，是以三聚氰胺/甲醛樹脂液為原料經(jīng)過發(fā)泡工藝得到的一種有機(jī)泡沫材料。三聚氰胺泡沫材料是典型的多孔材料，該材料具有大量微小的間隙和相互連通的孔洞，所以通氣性較好。本文采用國(guó)產(chǎn)“綠寰宇”三聚氰胺泡沫材料，其參數(shù)如表1所示。

3 仿真建模

為了減小結(jié)構(gòu)形狀對(duì)于材料吸聲性能的影響，采用單層環(huán)肋圓柱殼體結(jié)構(gòu)內(nèi)壁敷設(shè)三聚氰胺泡沫材料進(jìn)行仿真分析。

通過HYPERMESH中建立圓柱殼體結(jié)構(gòu)及聲腔包絡(luò)網(wǎng)格，并在Virtual.Lab Acoustic聲學(xué)軟件中定義腔內(nèi)聲學(xué)單元與結(jié)構(gòu)的單元的耦合，并以外聲腔外表面建立自動(dòng)匹配（AML）層。仿真聲源的載荷數(shù)據(jù)取實(shí)驗(yàn)測(cè)試的外部載荷功率譜，將聲源呈圓周狀均勻分布在圓柱結(jié)構(gòu)模型周圍疊加形成混響場(chǎng)。仿真模型如圖1所示。

4 材料參數(shù)對(duì)吸聲性能的影響分析

三聚氰胺泡沫的參數(shù)包含了聲學(xué)參數(shù)（孔隙率、流阻等）及彈性參數(shù)（彈性模量、泊松比等），大量研究表明多孔材料的孔隙率對(duì)其吸聲特性影響較大，故本文對(duì)三聚氰胺泡沫材料的孔隙率對(duì)材料吸聲特性的影響規(guī)律進(jìn)行研究。

孔隙率的影響：

研究材料的吸聲性能隨孔隙率參數(shù)改變的影響規(guī)律。選取了孔隙率分別為90%、95%、99%的材料參數(shù)進(jìn)行仿真分析，圖2為敷設(shè)不同孔隙率的三聚氰胺泡沫的內(nèi)部響應(yīng)聲壓級(jí)曲線。從圖中看出，孔隙率的變化對(duì)共振頻率點(diǎn)位置沒有產(chǎn)生影響。在0-250Hz頻段內(nèi)，不同孔隙率下的聲壓級(jí)曲線基本重合，表明孔隙率的改變對(duì)聲腔聲壓級(jí)的影響較?。欢?50-1000Hz頻段內(nèi)，孔隙率的改變對(duì)聲腔聲壓級(jí)的影響逐漸明顯，且聲腔聲壓級(jí)隨著孔隙率的增大而減小，說明在此頻段內(nèi)，材料的孔隙率越高，其吸聲性能越好。

5 結(jié)論

基于典型單層環(huán)肋圓柱殼體仿真模型，研究了三聚氰胺泡沫材料的材料參數(shù)對(duì)其吸聲性能的影響規(guī)律。主要討論了其孔隙聲率的影響，得出了如下結(jié)論：（1）在低頻區(qū)，結(jié)構(gòu)共振作用明顯，材料參數(shù)的變化對(duì)內(nèi)部響應(yīng)聲壓級(jí)影響不大。（2）孔隙率主要影響中高頻聲波的吸收，一般來說，孔隙率越大，材料在高頻階段內(nèi)的吸聲性能越好，聲波吸收就越多。

參考文獻(xiàn)：

[1]苑改紅，王憲成，侯培中等.三聚氰胺泡沫塑料的吸聲性能[J]. 機(jī)械工程材料，2007，31（09）：55-57.

[2]劉愷，吳衛(wèi)國(guó)，邱斌.基于VA One的泡沫塑料吸聲性能的仿真研究[J].交通科技，2010（02）：109-112.

作者簡(jiǎn)介：琚林鋒（1989-），男，在讀研究生。