泡沫金属及其复合结构吸声性能优化研究

作     者：张宇 

作者单位：西安建筑科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：梁李斯

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：泡沫金属 开闭孔泡沫铝 复合 吸声模型 吸声系数 

摘      要：噪声污染日益严重,利用吸声材料来吸声降噪是最有效的噪声治理手段。而泡沫金属材料兼具多孔性和金属性的特点,相比于传统吸声材料而言具有不可替代的作用。本文主要研究了开、闭孔泡沫铝等泡沫金属材料和聚酯纤维、玻璃棉等非金属材料在不同频率段的吸声系数随着材料厚度和空腔深度变化的规律。根据其单因素的变化规律,进行结构参数组合实验;由组合实验的结果,设计正交实验,给出最优方案。最后建立最优吸声模型,并通过实验进行验证。对不同孔结构的泡沫铝材料组合吸声性能进行研究,结合开、闭孔泡沫铝不同频段的吸声特性,探究其组合吸声的规律。材料密度、厚度、空腔厚度的改变均对其吸声系数有较大影响,增加材料厚度和空腔可以使吸声系数峰值向低频区移动,空腔具有“类厚度的作用。同密度、不同厚度中频开孔泡沫铝组合在中低频范围内吸声系数显著提高,平均吸声系数达到0.836,峰值更高达到0.959,频率范围更宽,整体吸声性能优良。对于开、闭孔泡沫铝组合,闭孔泡沫铝的峰值较开孔更尖锐,噪声源距开孔泡沫铝近时吸声效果更优。将泡沫铝材料吸声扩展到其他的开孔泡沫金属材料,探究不同开孔泡沫金属材料组合的吸声性能。开孔泡沫铝的吸声性能比较好,特别是1号和2号开孔泡沫铝,有明显的高吸收峰值且半峰宽较宽。泡沫铜和泡沫镍的高频段吸声性能较好。开孔泡沫铝与泡沫铜组合的效果最好,泡沫铜和泡沫镍的组合次之,泡沫不锈钢的组合效果最差。低频开孔泡沫铝与泡沫铜组合使得中高频吸声性能提高,复合结构整体吸声性能良好。低频2号开孔泡沫铝组合优于1号,低频的吸声性能更好。低频泡沫金属与高频金属组合吸声效果较好,由正交实验得到的最优方案与实验结果基本相符。将吸声性能较好的开孔泡沫金属与其他非金属多孔材料进行组合,研究不同性质泡沫金属与非金属材料组合吸声的规律,进一步分析明确吸声机理。除泡沫玻璃外,其余非金属多孔材料的吸声系数随着试样厚度和空腔深度的增加而有所增大。改变空腔深度使吸声峰位置发生改变。吸声布2#的吸声效果最好,尤其是在中高频区,其峰值吸声系数在0.97以上。组合的吸声性能优于单个试样,其平均吸声系数和峰值均有提高。其中多孔陶瓷、吸声布2#和1号开孔泡沫铝组合的吸声性能最佳,其平均吸声系数达到0.887。