兼具承载、吸能、吸声等多功能特性的超轻多孔材料创新构型设计

高孔隙率超轻多孔材料按照其内部孔形貌可分为随机多孔以及规则多孔两大类。随机多孔材料内部的孔大小不等且排布非均匀,包括闭孔及通孔泡沫材料、纤维多孔材料、颗粒多孔材料等。除了具有良好的缓冲、吸能特性,通孔泡沫也是常用的吸声材料。规则多孔材料的孔结构周期排布,如点阵结构,具有高比刚度、高比强等优良的力学性能,但一般不具备吸声性能。在随机多孔及规则多孔材料研究基础上,将泡沫材料和蜂窝、波纹等点阵材料复合,设计出了兼具超轻、承载、吸能、吸声等多功能特性的新型混杂多孔材料和结构。首先,研究了泡沫复合点阵、蜂窝复合波纹两种混杂多孔三明治结构的强度以及能量吸收特性。研究发现,相较于单一泡沫、点阵等传统多孔材料,相同质量的混杂多孔结构具有更高的压缩/剪切强度和能量吸收能力。随后,在泡沫-点阵和蜂窝-波纹混杂多孔三明治结构中分别引入亚毫米微穿孔,发现微穿孔混杂多孔三明治结构能够在保持其优良力学性能的基础上,实现较宽频率范围内的有效吸声。最后,引入一个综合考虑质量、吸声和刚度的性能系数,实现了微穿孔混杂多孔三明治结构的优化设计。     

梯度弹性多孔材料吸声性能分析与优化设计

梯度孔隙率结构对多孔材料吸声性能有着很大的影响,可以拓宽多孔材料的吸声频带。以具有梯度孔隙率的弹性多孔材料为研究对象,基于Biot理论及传递矩阵法研究了常见梯度结构以及梯度差对吸声系数的影响,并利用多岛遗传算法(MIGA)寻求梯度结构的最优厚度分布。研究表明:通过对孔隙率和层厚的合理设计,可以提高期望频段的吸声性能,其中,孔隙率由高到低再到高的梯度结构可以明显提高宽频吸声系数,这对弹性多孔材料的设计及其在声学包上的应用具有重要的指导意义。     

玻璃粉基空心微珠多孔材料的吸声性能研究

采用低成本的通过废玻璃制备的空心微珠坯体为原料,经过低温烧结制备一种超轻高强多孔材料,研究了烧结温度、保温时间对样品孔结构和吸声性能的影响。结果表明,随着烧结温度的升高,样品的平均孔径尺寸逐渐增大,保温时间越长,样品的开孔气孔率越大;开孔气孔率越大,样品吸声性能越好;样品平均孔径尺寸的变化显著影响在中高频段的吸声性能,平均孔径尺寸为2.51mm的样品,对于频率为1 000Hz的声波,吸声系数可达0.84。空心微珠多孔材料的平均吸声系数随着流阻的增大先增大后减小,当流阻值达到4.805×105 Pa·s/m3时,样品吸声性能最佳。     

压电材料在传统吸声结构中的应用

压电材料受到外界声压强作用时，可将声能转化为电能，并进一步转化为热能进行消耗，这可以作为一种新的吸声机制。当把压电材料应用到传统吸声结构中时，压电材料特有的吸声机制有利于提高结构的吸声降噪性能。本文总结了国内外压电材料在传统吸声结构中的应用进展。首先，介绍了常用的压电材料和其吸声机制。此外，根据传统多孔吸声结构和共振吸声结构的分类，系统综述了压电-多孔吸声结构(无机压电填料泡沫、有机压电泡沫、有机压电气凝胶等)以及压电-共振吸声结构(压电薄片、压电微穿孔板、压电静电纺薄膜等)的研究进展，并提炼出两种结构的基本设计原则、结构和性能。最后提出了压电复合吸声结构研究领域存在的问题及发展方向，以促进压电材料在传统吸声结构中的应用。     

轻质多孔陶瓷的制备及吸声性能研究

通过模压法成功制备轻质多孔陶瓷吸声材料, 采用JTZB吸声系数测试系统研究造孔剂粒径、含量以及样品厚度对多孔陶瓷材料吸声性能的影响。结果表明: 造孔剂含量为50vol%时, 大孔径多孔陶瓷吸声性能优于小孔径多孔陶瓷; 随着造孔剂含量的增加, 第一吸收峰从低频向高频移动, 峰值从0.41增加到0.82, 孔隙率过高和过低都不利于提高材料吸声性能; 样品厚度从10 mm增加到30 mm, 第一吸收峰逐渐向着低频方向移动; 造孔剂含量为60vol%, 样品厚度为20 mm时, 样品整体具有优异吸声性能, 并逐层在其背后加入空腔发现, 随着空腔层数的增加, 样品的第一吸收峰从高频向低频移动, 平均吸声系数逐渐增大。     

轮胎中低频噪声的降噪结构设计及性能分析

针对轮胎中低频（500～2000 Hz）噪声的吸收问题，设计了一种组合吸声结构，该结构由多孔材料和卷绕空腔结构组成。结合多孔材料和卷绕空腔的吸声原理，建立了组合式吸声结构的理论分析模型，推导了模型吸声系数表达式；利用有限元分析法，分析了组合式吸声结构在中低频频段内的吸声性能。结果表明，组合吸声结构在500～2000 Hz频段内吸声性能良好，在1092 Hz频率附近出现吸声峰值，接近完美吸声。相较于单一的多孔材料，该组合式吸声结构的吸声性能有了较大的提升；通过改变组合式吸声结构中多孔材料体积占比，研究了吸声性能的变化规律，通过绘制反射系数的复频率平面分布情况，并结合声阻抗匹配条件分析了结构的吸声机理；在阻抗管中对该组合式吸声结构进行吸声测试，验证了理论解析模型和有限元模型的正确性。将组合吸声结构与毛毡轮罩材料叠加，研究了叠加后的吸声性能，并提出了进一步提升吸声性能的措施。该组合吸声结构的吸声峰值频率可根据多孔材料体积占比调控，且总体厚度小，在轮胎中低频噪声控制中具有一定的效果。     

局域共振型腔体结构吸声瓦的斜入射吸声特性研究EI北大核心CSCD

吸声瓦的吸声特性对于水下航行器的声隐身性能具有重要影响。综合考虑空腔覆盖层的结构和局域共振型薄膜材料的低频吸声性能,利用COMSOL软件建立了局域共振型腔体结构的吸声瓦的有限元模型,研究了其在10~2000 Hz内对斜入射声波的吸声性能,采用振动位移云图揭示其吸声机理,通过位移矢量图和动能密度分布图分析入射角度影响吸声性能的原因。研究结果表明:该吸声瓦的吸声系数随频率的增大、斜入射角度的增大而增大;吸声机理为上下空腔的收缩与扩张引起纵波向损耗因子较大的横波转化,以及局域共振结构的反共振消耗声能,二者共同作用提高吸声瓦的吸声性能;斜入射声波使得吸声瓦横向位移增大,转化成的剪切波增多;斜入射角度越大,吸声瓦的动能密度越高,消耗声能越多,因此吸声性能增强。研究结果可为吸声瓦的低频吸声特性设计提供理论指导。     

FeCrAl纤维多孔材料梯度结构吸声性能的研究

根据前期对单层FeCrAl纤维多孔材料吸声性能的系统研究,对纤维多孔结构进行了优化设计,梯度结构是以孔隙度递减的方式排列而成.分别对单层和梯度结构的吸声性能进行了测试,结果表明,在常温常声压条件下,3层梯度结构低频吸声性能较单层材料有明显提高,而且能够在一个较宽频率范围内的稳态吸声系数平稳延伸,最大值为1;在常温高声强140dB条件下,该结构仍保持较好的稳态吸声性能,在1600～6400Hz宽频范围内的吸声系数均达到0.9以上;在高温常声压条件下,梯度结构的吸声性能受到温度影响有所下降,且吸声系数不随频率的升高而增加,从而在测试频率范围内出现第一峰值频率.虽然梯度结构的高温吸声性能变差,但是较单层材料的吸声性能要好得多.因此,FeCrAl纤维多孔材料梯度结构是一种适用于多种特殊环境的吸声体.     

不锈钢纤维复合材料吸声性能研究

针对电子元器件对多孔复合隔声薄板的高效隔声应用要求,以316L不锈钢纤维为原料通过真空烧结法制备出不同孔隙结构的多孔材料,并与穿孔板制成复合结构,重点研究了多孔材料孔隙结构参数及复合形式对吸声性能的影响,以达到提高复合吸声材料吸声性能的目的。结果表明:将优化的穿孔板与多孔材料复合构成吸声结构,有效地提高了中低频率吸声性能(<3000Hz),吸声系数最大提高至0.8。     

水下吸声材料的研究进展

概述了水下吸声机理,综述了常用的吸声材料和吸声结构以及国内外水下吸声材料的研究和应用现状。归纳出水下吸声材料的3个发展方向,即理论计算指导材料设计、提高材料低频吸声性能和增加频宽及提高材料耐水压和耐蚀性。指出具有高强度、高耐热性、高耐蚀性和良好吸声效果的金属多孔材料,特别是夹心复合吸声结构具有良好的发展前景。     

高速列车车体轻量化层状复合结构隔声设计

随着高速列车车体结构轻量化的发展,层状复合结构车体在高速列车上得到广泛应用,提高层状复合结构的隔声性能,是高速列车减振降噪的关键技术。基于传递矩阵法,建立"铝板+多孔材料层+空气层+碳纤维增强板"的典型高速列车层状复合结构车体隔声计算分析模型,并分析多孔材料和空气层对层状复合结构车体隔声性能的影响。结果显示,混响声场激励下,在铝板和碳纤维增强版之间仅增加空气层只能提高车体结构高频隔声量,低频部分会由于"板-空气-板"的系统耦合共振,形成显著吻合谷,导致其隔声性能在吻合谷频率处大幅下降。对此,利用多孔材料吸声原理,提出在空气层中增加吸声材料层,抑制隔声吻合低谷,通过优化设计,得出"铝板+空气层+吸声材料+空气层+碳纤维增强板"的优化结构形式,在实现车体轻量化目标同时,可有效提高其隔声性能。     

微穿孔板吸声体参数灵敏度分析

轻质耐高温的微穿孔板吸声体的吸声性能主要受腔深、孔径、板厚、穿孔率四个参数的制约,通过等比例减小和增大这些参数来观察微穿孔板吸声体吸声性能的改变。引入吸声系数变化率的概念,以吸声系数变化率作为衡量标准,判断参数的改变对结构吸声性能的影响。整体而言,影响吸声性能的敏感度从高到低的微穿孔板吸声体参数顺序为：腔深、孔径、穿孔率、板厚。研究结果可为工程人员利用微穿孔板吸声体降噪时设计吸声体尺寸提供一定的指导。     

蜂窝微穿孔吸声体的宽频吸声性能优化设计

针对蜂窝微穿孔吸声体结构,利用粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)算法优化吸声体结构的吸声性能.以三蜂窝芯的蜂窝微穿孔吸声体结构中微穿孔板的孔径、穿孔率和背腔深度为优化设计变量,以吸声体的吸声系数和吸声频带为优化目标,得到吸声体宽频范围吸声时的优化结构参数.将三参数优化、两参数优...     

金属橡胶材料特征参数对其吸声性能影响的实验研究

为深入研究金属橡胶材料吸声降噪性能,并为该材料吸声结构设计提供依据,实验研究了金属橡胶材料的吸声特性。分析了金属橡胶材料厚度、孔隙率、金属丝直径和平均孔隙直径等特征参数对吸声性能的影响;推导并验证了金属橡胶材料吸声系数第一共振频率的理论计算公式;研究了具有相同平均孔隙直径金属橡胶材料的吸声特性。结果表明:金属橡胶材料可作为均匀、各向同性的多孔吸声材料进行研究,其吸声性能具有可设计性,并且相同平均孔隙直径的金属橡胶材料具有相同的吸声特性。     

Heterostructure design of Fe3N alloy/porous carbon nanosheet composites for efficient microwave attenuation

The self-dissipation and attenuation capacity of materials play an important role in realizing efficient electromagnetic absorption,in this case,the roles of macroscopic composition and micro-structure should be emphasized simultaneously in the reasonable design of microwave absorbent.Given that,Fe₃N alloy embedded in two-dimensional porous carbon composites were fabricated via facile sol-gel and sacrificial template methods.Satisfactorily,the magnetic/dielectric materials combination and porous structure introduction are conductive to the optimization of impedance matching property,as result of the enhancement of microwave absorption capacity.In addition,sufficient magnetic loss capacity,strong conductivity as well as polarization attenuation bring about the outstanding microwave absorbing performance with an effective absorption bandwidth of 6.76 GHz and a minimum reflection loss value of-65.6 d B.It is believed that this work not only lay a foundation to achieve microwave response materials in a wide frequency range,but also emphasize the significant role of the component selection and structural design.     

锂离子电池用多孔电极结构设计及制备技术进展

随着人们对锂离子电池需求的日益增加, 高能量密度和高功率密度锂离子电池技术成为研究热点之一。材料改性及新材料开发能有效提高电池的能量密度, 除此以外, 孔隙率、孔径大小与分布、曲折度及电极组分分布等电极的微观结构参数也是决定电极及电池性能的关键因素。通过优化电极结构设计提升高比能电池的性能逐渐成为人们关注的焦点。本文综述了锂离子电池多孔电极结构设计优化的研究进展, 总结了多孔电极结构设计要素及制备方法, 最后对电极结构设计优化以及推动新型制备技术的规模化应用在高比能锂离子电池领域的未来发展前景进行展望。     

分层多孔材料吸声结构的性能分析

利用声波在分层介质中的传播方程,给出了由不同种吸声材料复合而成的多层吸声结构吸声系数的递推计算公式。继而以由多孔吸声材料复合而成的双层吸声结构为基础,通过数值仿真,深入分析了内外层材料的厚度、孔隙率、和微孔半径变化对吸声系数的影响。以导出的递推计算公式为基础,通过仿真实验研究了分层吸声结构的参数优化设计。结果表明：由多孔材料复合而成的分层吸声结构具有良好的吸声效果,通过合理配置各层材料结构参数,可以在较宽的频段上达到较为满意的吸声效果,从而为相应产品的开发提供了理论依据     

微穿孔板-聚合物层状结构材料的制备和吸声性能

以微穿孔板(MPP)、聚氨酯泡沫(PU)、丁腈橡胶(NBR)和空腔(AG)为原料,根据不同的结构顺序分别制备出MPP-AG共振结构、MPP-PUFM层状结构、MPP-AG-NBR-PUFM多层结构材料和NBR-PUFM-MPP-AG多层结构材料,研究了MMP穿孔率、PUFM厚度、泡沫层孔径、泡沫厚度和结构交替顺序对复合...     

多孔材料吸声模型及其工程研究方法

引述了多孔吸声材料的圆管理论模型，引出声阻、声抗的概念，并对此进行了数学编程计算与分析；同时还从工程研究角度给出影响材料吸声性能的阻抗准数，应用该准数对材料的吸声性能进行解释和预测，试图提供一种测量和计算材料吸声系数的新方法。