通孔泡沫铝制备及其吸声性能研究

论文摘要

以Al-Sil2合金为原料,采用渗流铸造法制备了不同孔结构的常规通孔泡沫铝、混合孔径泡沫铝、宽孔径范围泡沫铝、梯度孔结构泡沫铝、周期调制孔结构泡沫铝；采用制备的泡沫铝及传统吸声材料制作了不同芯材消声器；采用自制的消声器消声性能测试设备对各种芯材消声器消声系数进行了测试及理论研究,得出以下结论：（1）30mm泡沫铝芯消声器中,各频率综合消声性能最好的为具有最大孔隙率及混合孔径结构的4#泡沫铝芯消声器,其次为具有梯度间隔孔径孔结构的8#泡沫铝芯消声器（5000Hz以上时最好）,再次为具有小孔径的3#泡沫铝芯消声器（第2大孔隙率）,具有宽孔径范围孔结构的1#泡沫铝芯消声器（孔径最大）的消声性能紧随3#之后,综合消声性能最差的消声器为具有窄孔径范围孔结构且孔径较大的2#泡沫铝芯消声器,其它泡沫铝芯消声器的消声性能居中。（2）泡沫铝芯消声器的消声性能随孔径的减小、孔隙率的增加、泡沫铝芯长度的增长及频率的提高而提高；具有宽孔径范围的泡沫铝芯消声器的消声性能较具有窄孔径范围的泡沫铝芯消声器好；混合孔径结构泡沫铝芯消声器的消声性能明显优于仅具有单一连续孔径孔结构的泡沫铝芯消声器,但泡沫铝的孔径种数对泡沫铝芯消声器的消声性能影响不大；（3）梯度孔径孔结构泡沫铝芯消声器的消声性能比常规混合孔结构泡沫铝芯消声器的消声性能优越。具有梯度间隔孔径孔结构的泡沫铝芯消声器的消声性能远比相同孔隙率的常规混合孔径结构的泡沫铝芯消声器好得多,频率5000Hz及6000Hz时,间隔孔径梯度孔结构的30mm泡沫铝芯消声器的消声系数比相同孔隙率的常规混合孔结构泡沫铝芯消声器分别提高了0.32及0.54,达到0.78及0.82；梯度连续孔径泡沫铝芯消声器的消声性能比常规混合孔结构泡沫铝芯消声器略好,即孔径梯度越陡则相应的泡沫铝芯消声器的消声性能也越好；另外,梯度孔径结构泡沫铝芯消声器的消声性能与噪声的传播方向有关,噪声从大孔射入小孔射出时泡沫铝芯消声器的消声性能比噪声从小孔射入大孔射出时好,5000Hz、6000Hz时前者消声系数比后者分别提高了0.22及0.35；（4）周期孔结构的泡沫铝能提高泡沫铝芯消声器在高频区的消声性能,但会降低其在低频区的消声性能。另外,层数多的周期孔径结构的泡沫铝芯消声器的消声性能比层数少的泡沫铝芯消声器的消声性能略有提高；（5）具有大孔（vol.80%）和小孔（vol.20%）混合孔径结构的4#泡沫铝芯消声器消声性能优于离心玻璃棉芯消声器,与聚氨酯泡沫芯消声器相当,具有良好的消声性能,5000Hz时其消声系数接近0.9,而且泡沫铝芯消声器具有良好的综合性能,适合于热、湿、露天,高压等环境中的的噪声控制；（6）对泡沫铝的吸声原理做了理论分析研究,理论分析结果与消声器消声性能实验测试结果基本吻合。泡沫铝内部含有的赫姆赫兹共振器结构越多,泡沫铝的消声性能越好；泡沫铝的消声性能与泡沫铝的流阻有关,在一定范围内,流阻越大,吸声性能越好；泡沫铝的消声性能与扩张室有关,扩张室越多、扩张比越大吸声性能越好；泡沫铝的消声性能与非弹性碰撞机制有关,非弹性碰撞越强、碰撞次数越多,吸声性能越好；泡沫铝的声阻抗越大,其吸声性能越好。孔隙率基本相同的情况下,孔径越小、泡沫铝长度越长,则泡沫铝的表面积越大、泡沫铝中的弯曲通道越多越长,其流阻及声阻抗越大,声波进入泡沫铝后,与泡沫铝孔壁的非弹性碰撞次数增加,通过的扩张室结构也增加,使泡沫铝孔壁的振动作用加强,声能转化为了热能而消散的作用加强,则消声性能越好；另外,随声波频率的增大,泡沫铝的流阻及声阻抗增加,其消声性能提高,而且,当噪声频率与泡沫铝孔结构的固有振动频率相匹配时,由于共振作用使消声性能达到最佳。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪言
• 1.1 泡沫铝概况
• 1.2 泡沫铝的性能及应用领域
• 1.2.1 泡沫铝的性能
• 1.2.2 泡沫铝的应用
• 1.3 泡沫铝的制备方法
• 1.4 通孔泡沫铝的渗流制备法及其吸声性能
• 1.4.1 通孔泡沫铝的渗流铸造制备法
• 1.4.2 泡沫铝吸声性能
• 1.5 论文研究的目的和意义
• 1.6 论文研究内容
• 第二章 泡沫铝及其消声性能测试装置的制备
• 2.1 通孔泡沫铝制备
• 2.1.1 原材料及设备
• 2.1.2 制备工艺
• 2.2 样品孔结构及其表征
• 2.3 吸声材料及吸声系数的测定
• 2.3.1 吸声系数
• 2.3.2 吸声系数的测量方法
• 2.4 泡沫铝芯消声器及传统吸声材料芯消声器的制备
• 2.4.1 消声器种类
• 2.4.2 消声器声学性能评价
• 2.4.3 不同芯材消声器的制作
• 2.5 消声器消声系数测试方法
• 第三章 泡沫铝芯消声器消声性能
• 3.1 孔径对泡沫铝芯消声器消声性能的影响
• 3.2 孔隙率对泡沫铝芯消声器消声性能的影响
• 3.3 泡沫铝芯长度对泡沫铝芯消声器消声性能的影响
• 3.4 混合孔结构对泡沫铝芯消声器消声性能的影响
• 3.5 梯度孔结构对泡沫铝芯消声器消声性能的影响
• 3.6 周期孔结构对泡沫铝芯消声器消声性能的影响
• 3.7 泡沫铝芯消声器与传统材料消声器的性能比较
• 第四章 泡沫铝的吸声机制
• 4.1 赫姆赫兹共振吸声机制
• 4.2 扩张室吸声机制
• 4.3 流阻吸声机制
• 4.4 非弹性碰撞吸声机制
• 4.5 气流吸声机制
• 4.6 多孔金属吸声系数理论模型的建立
• 4.7 泡沫铝吸声材料应用评价
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 发表论文