多孔吸聲材料材料(共18張)課件

1、背景: -隨著現(xiàn)代工業(yè)和交通運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展, 環(huán)境污染也隨著產(chǎn)生, 噪聲污染是當(dāng)今世界污染的三大問題之一, 噪聲不僅危害人的聽覺系統(tǒng), 使人疲倦、耳聾, 而且還會(huì)加速建筑物和機(jī)械結(jié)構(gòu)的老化, 影響設(shè)備及儀表的精度和使用壽命。因此吸聲降噪逐漸演變成為一個(gè)有關(guān)高科技、環(huán)境以及人類協(xié)調(diào)發(fā)展急需解決的重要課題。生活常識(shí)舉例：在冬天，一場(chǎng)大雪過后， 人們會(huì)感到窗外萬籟俱寂。這是怎么回事？1 背景說明及生活常識(shí)舉例第1頁，共18頁。生活常識(shí)舉例： 原來，剛下過的雪是新鮮蓬松的，它的表面層有許多小氣孔。當(dāng)外界的聲波傳入這些小氣孔時(shí)便要發(fā)生反射。由于氣孔往往是內(nèi)部大而口徑小。所以，僅有少部分波的能量能通過出口

2、反射回來， 而大部分的能量則被吸收掉了， 從而導(dǎo)致自然界聲音的大部分能量均被這個(gè)表面層吸收， 故出現(xiàn)了萬籟俱寂的場(chǎng)面。根據(jù)疏松多孔的材料對(duì)聲音的這種特性， 人們制造出了吸聲材料，即多孔吸聲材料。多孔吸聲材料必須具有大量微孔，且微孔必須通到材料制品表面，使空氣能夠自由進(jìn)入，才能達(dá)到吸聲效果。1 背景說明及生活常識(shí)舉例第2頁，共18頁。2 吸聲材料的分類吸聲機(jī)理共振吸聲結(jié)構(gòu)的材料多孔吸聲結(jié)構(gòu)的材料第3頁，共18頁。2 吸聲材料的分類2.1 共振吸聲結(jié)構(gòu)材料 結(jié)構(gòu)特性：為亥姆霍茲共鳴器式結(jié)構(gòu), 它是利用 入射聲波在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生共振, 從而使大量能量耗逸。利用了共振原理, 因而吸聲的頻帶較窄。2.2 多

3、孔吸聲結(jié)構(gòu)材料 結(jié)構(gòu)特征：材料內(nèi)部具有大量互相連通的微孔或間隙, 而且孔隙細(xì)小且在材料內(nèi)部均勻分布。 第4頁，共18頁。2 吸聲材料的分類2.2 多孔吸聲材料 吸聲機(jī)理：當(dāng)聲波入射到材料表面時(shí), 一部分在材料表面反射, 另一部分則透人到材料內(nèi)部向前傳播, 在傳播過程中, 引起孔隙中的空氣運(yùn)動(dòng), 與形成孔壁的固體孔筋或孔壁發(fā)生摩擦, 由于粘滯性和熱傳導(dǎo)效應(yīng), 將聲能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎纳⒌簟?聲波在剛性壁面反射后, 經(jīng)過材料回到表面時(shí), 一部分聲波透射到空氣中, 一部分又反射回材料內(nèi)部, 聲波通過這種反復(fù)傳播, 使能量不斷轉(zhuǎn)換耗散, 如此反復(fù), 直到平衡, 由此使材料吸收部分聲能。第5頁，共18頁。2

4、吸聲材料的分類2.2 多孔吸聲結(jié)構(gòu)材料 分類泡沫類吸聲材料纖維類吸聲材料第6頁，共18頁。2 吸聲材料的分類2.2 多孔吸聲結(jié)構(gòu)材料 纖維類吸聲材料按其選材的物理特性和外觀主要分為有機(jī)纖維吸聲材料、無機(jī)纖維吸聲材料、金屬纖維吸聲材料。現(xiàn)在的研究中, 更注重各種纖維材料在實(shí)際中的應(yīng)用。第7頁，共18頁。2 吸聲材料的分類2.2 多孔吸聲結(jié)構(gòu)材料泡沫吸聲結(jié)構(gòu)材料 分類閉孔泡沫半開孔孔泡沫開孔泡沫第8頁，共18頁。2 吸聲材料的分類泡沫吸聲結(jié)構(gòu)材料 閉孔泡沫材料：閉孔結(jié)構(gòu)的泡沫金屬材料,以閉孔泡沫鋁為代表, 閉孔泡沫鋁的吸聲系數(shù)比較低, 是由于聲波很難到達(dá)孔隙內(nèi)部, 與其內(nèi)部相互作用, 僅有一些裂縫

5、和微孔, 本身并不能作為良好的吸聲材料。 閉孔泡沫鋁宏觀照片Typical structure of close celled aluminum foam第9頁，共18頁。2 吸聲材料的分類泡沫吸聲結(jié)構(gòu)材料 半開孔泡沫材料：半開孔泡沫鋁, 可以通過高壓滲流制備, 在其制備過程中, 通過控制制備參數(shù), 來達(dá)到預(yù)計(jì)的孔連接性。半開孔泡沫鋁宏觀照片Typical structure of semi open celled aluminum foam第10頁，共18頁。2 吸聲材料的分類泡沫吸聲結(jié)構(gòu)材料 開孔泡沫材料：現(xiàn)在提出了把旋轉(zhuǎn)發(fā)泡法和顆粒浸出法結(jié)合起來的方法, 可以通過控制顆粒的形狀尺寸, 來

6、控制孔隙率和孔形狀, 能夠制得孔隙率為0.9 的高孔率材料, 由于開孔泡沫材料具有復(fù)雜的渠道結(jié)構(gòu)以及表面粗糙的內(nèi)部空隙, 導(dǎo)致其具有較高流阻, 所以開孔泡沫鋁的整體吸聲性能要比閉孔的好的多。開孔泡沫鋁宏觀照片Typical structure of open celled aluminum foam第11頁，共18頁?？紫堵剩憾x為材料中孔隙體積和材料總體積的比值。-背后加空腔, 可以提高材料的低頻吸聲性能。生活常識(shí)舉例：在冬天，一場(chǎng)大雪過后， 人們會(huì)感到窗外萬籟俱寂。3 影響吸聲材料的因素主要是因?yàn)榭紫抖仍酱? 孔隙的曲折度越大, 內(nèi)部通道越復(fù)雜。多孔吸聲材料必須具有大量微孔，且微孔必須通到

7、材料制品表面，使空氣能夠自由進(jìn)入，才能達(dá)到吸聲效果。所以，僅有少部分波的能量能通過出口反射回來， 而大部分的能量則被吸收掉了， 從而導(dǎo)致自然界聲音的大部分能量均被這個(gè)表面層吸收， 故出現(xiàn)了萬籟俱寂的場(chǎng)面。3 影響吸聲材料的因素多孔吸聲材料必須具有大量微孔，且微孔必須通到材料制品表面，使空氣能夠自由進(jìn)入，才能達(dá)到吸聲效果。3 影響吸聲材料的因素閉孔泡沫材料：閉孔結(jié)構(gòu)的泡沫金屬材料,以閉孔泡沫鋁為代表, 閉孔泡沫鋁的吸聲系數(shù)比較低, 是由于聲波很難到達(dá)孔隙內(nèi)部, 與其內(nèi)部相互作用, 僅有一些裂縫和微孔, 本身并不能作為良好的吸聲材料。因此吸聲降噪逐漸演變成為一個(gè)有關(guān)高科技、環(huán)境以及人類協(xié)調(diào)發(fā)展急需

8、解決的重要課題。多孔吸聲材料必須具有大量微孔，且微孔必須通到材料制品表面，使空氣能夠自由進(jìn)入，才能達(dá)到吸聲效果。流阻越大, 材料的透氣性就越小, 聲波越不容易深入材料內(nèi)部, 吸聲性能會(huì)下降; 但流阻太小, 使聲能轉(zhuǎn)化為熱能的效率又會(huì)過低。3 影響吸聲材料的因素-隨著現(xiàn)代工業(yè)和交通運(yùn)輸事業(yè)的發(fā)展, 環(huán)境污染也隨著產(chǎn)生, 噪聲污染是當(dāng)今世界污染的三大問題之一, 噪聲不僅危害人的聽覺系統(tǒng), 使人疲倦、耳聾, 而且還會(huì)加速建筑物和機(jī)械結(jié)構(gòu)的老化, 影響設(shè)備及儀表的精度和使用壽命。流阻越大, 材料的透氣性就越小, 聲波越不容易深入材料內(nèi)部, 吸聲性能會(huì)下降; 但流阻太小, 使聲能轉(zhuǎn)化為熱能的效率又會(huì)過低

9、。流阻, 所以開孔泡沫鋁的3 影響吸聲材料的因素3.1 空氣阻流的影響 空氣流阻：定義為材料兩面的靜壓差和氣流線速度之比, 它反映了空氣通過多孔材料時(shí)材料的透氣性。 流阻越大, 材料的透氣性就越小, 聲波越不容易深入材料內(nèi)部, 吸聲性能會(huì)下降; 但流阻太小, 使聲能轉(zhuǎn)化為熱能的效率又會(huì)過低。第12頁，共18頁。3 影響吸聲材料的因素3.2 空隙率的影響 孔隙率：定義為材料中孔隙體積和材料總體積的比值。總體來說, 孔隙率越大, 泡沫金屬的吸聲系數(shù)越大。主要是因?yàn)榭紫抖仍酱? 孔隙的曲折度越大, 內(nèi)部通道越復(fù)雜。當(dāng)聲音進(jìn)入后, 發(fā)生漫反射和折射, 并且孔隙中的空氣隨之而振動(dòng), 由于孔隙壁的摩擦以及

10、空氣粘滯阻力等而使得相當(dāng)一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能而被耗散。吸聲系數(shù)與孔隙率的關(guān)系 Realtionship between sound-absorption coefficient andporsity第13頁，共18頁。3 影響吸聲材料的因素3.3 孔徑的影響 孔徑越小, 高頻吸聲性能越高, 低頻吸聲性能沒有很大變化。吸聲系數(shù)與孔徑的關(guān)系 Realtionship between sound-absorption coefficient andhole size第14頁，共18頁。3 影響吸聲材料的因素3.4 厚度的影響 -多孔材料厚度增大時(shí), 各個(gè)頻段的吸聲性能都有所增高, 這是因?yàn)槎嗫撞牧虾?/p>

11、度增大時(shí), 孔隙通道延長(zhǎng), 進(jìn)人孔隙中的聲波經(jīng)多次能量損失之后, 才可以穿過多孔材料而到達(dá)其另一側(cè)。吸聲系數(shù)與材料厚度的關(guān)系 Realtionship between sound-absorption coefficient andthickness第15頁，共18頁。3 影響吸聲材料的因素3.5 背后空腔的影響 -背后加空腔, 可以提高材料的低頻吸聲性能。提高空腔的深度, 可以提高吸收峰的寬度和高度, 并且使峰值向低頻方向移動(dòng)。沒有空腔時(shí), 耗散機(jī)制主要是粘滯和熱損耗, 有空腔后, 亥姆霍茲共振吸收占主要部分。第16頁，共18頁。4 未來展望及應(yīng)用各類吸聲材料, 各具特色和使用價(jià)值。多孔吸聲材料已廣泛應(yīng)用于噪聲管理, 雖然木質(zhì)纖維板、微穿孔板等也具有較好的降噪功能, 但其應(yīng)用范圍經(jīng)常受到強(qiáng)度和剛度不夠高的限制, 多孔金屬降噪材料具有高比強(qiáng)度、高比剛度、耐腐蝕、防火、防潮、無毒、美觀