金属橡胶材料单层结构吸声特性研究

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1、第39卷第11期稀有金属材料与工程Vol.39,No.112010年11月RAREMETALMATERIALSANDENGINEERINGNovember2010金属橡胶材料单层结构吸声特性研究11112武国启，闫辉，夏宇宏，姜洪源，E.A.Izzheurov(1.哈尔滨工业大学，黑龙江哈尔滨150001)(2.SamaraStateAerospaceUniversity,Samara443086,Russia)摘要：从理论上研究了金属橡胶材料单层结构吸声特性。根据金属橡胶材料声学特性参数计算式，推导出两种基本单

2、层吸声结构——置于刚性墙和带有空气层吸声结构的声阻抗率和吸声系数计算式。确定了流阻率是决定金属橡胶材料声学特性的基本参数。分析了材料厚度、流阻率及空气层厚度对两种吸声结构的吸声性能影响关系，建立了金属橡胶材料单层吸声结构第一共振频率的计算方法。结果表明：通过优化设计材料厚度、流阻率及空气层厚度可有效提高金属橡胶材料单层吸声结构的吸声性能。关键词：金属橡胶材料；单层吸声结构；流阻率中图法分类号：TB535文献标识码：A文章编号：1002-185X(2010)11-1923-05金属橡胶(MetalRubber,MR

3、)材料是以金属丝为1单层吸声结构基本类型及材料声学原材料的特种弹性多孔材料，从表到里都具有大量的特性互相连通的微孔和缝隙，也具有透气性，属于纤维性多孔吸声材料。和其它多孔吸声材料相比，金属橡胶金属橡胶材料单层吸声结构主要有2种基本类材料集成了对吸声有利的特性：有效孔隙率高、无死型，如图1所示。第1种吸声结构是把金属橡胶材料穴、比表面积大、性能稳定、具有承受静态或动态负安装在刚性墙上，其特点是吸声结构紧凑，安装方便，载能力、工作温度范围大、可在各种环境下工作、制但要获得良好的低频吸声性能，需加大材料厚度；第备工艺简

4、单等。因此，金属橡胶材料特别适合在恶劣2种吸声结构是在金属橡胶材料和刚性墙之间设置一的环境下应用，满足航空航天及国防武器装备等特殊定深度的空气层，其特点是节省材料，作用相当于增应用环境下吸声降噪的需求，对其吸声特性进行系统加了材料厚度。的理论及试验研究具有重要意义。为计算吸声结构的吸声性能参数，需要金属橡胶在吸声材料吸声降噪性能应用方面，单层吸声结材料的声学特性参数：特性阻抗Zc和传播常数γ，其构是应用较多的结构形式，也是设计其它多层结构及[7]计算式为[1-5]更复杂结构的基础。本研究前期工作对金属橡胶材Met

5、alrubber料声学特性参数进行了理论及试验研究，建立了声学Metalrubberab[6,7]特性参数的理论计算式；试验研究了材料厚度、孔隙率、金属丝直径和空气层厚度对金属橡胶材料吸声RigidwallAirRigidwall[8,9]性能的影响关系，但尚未建立金属橡胶材料单层吸声结构的吸声参数理论计算式并对其吸声特性进行系统分析。因此，本研究根据金属橡胶材料声学特性参数计算式，推导单层吸声结构吸声性能参数的理论计算图1金属橡胶材料单层吸声结构基本类型式，进而分析各主要参数对其影响的关系。研究结果可Fig.1

6、Basictypeofsoundabsorptionstructurewith为金属橡胶材料吸声降噪性能设计提供理论依据。singlelayerMR收稿日期：2009-11-26基金项目：国家自然科学基金（50675042，50705016）；国家博士后科学基金（20080430926）作者简介：武国启，男，1979年生，博士生，哈尔滨工业大学机电工程学院424信箱，黑龙江哈尔滨150001，电话：0451-86418028，E-maill:wgqwangying@163.com·1924·稀有金属材料与工程第3

7、9卷2将材料厚度及式(1)和式(2)代入式(6)和式(8)就可计算出Z=−χρ0kj⎛⎞⎜⎟153(1−σ)kη（1）c32σ⎝⎠2σωd金属橡胶材料置于刚性墙的单层吸声结构的声阻抗率2和吸声系数。设材料流阻率Rs=36130Pa·s/m，计算不2χρ⎛153()1−ση⎞0⎜⎟γ=jω−j（2）同材料厚度时吸声结构的吸声系数，结果如图2所示。σk⎜2σ3d2kω⎟⎝⎠从图2可知，增加材料厚度时共振峰值向低频移动，式中，χ为材料的结构常数，σ为材料孔隙率，d为金低频吸声性能提高，但当材料厚度较大时，其吸声特属丝直

8、径，ρ0为空气密度，k为材料压缩模量，η为空性曲线不出现明显的峰值与谷值之间的变化，且再增气的粘滞系数，ω为角频率。其中结构常数和压缩模加厚度时其吸声性能与无限厚度时的吸声性能相当，[7]量的计算式为表明材料厚度相当大时，厚度引起的吸声系数的变化就非常小。这是因为当材料较薄时，材料后表面的反⎧⎪⎡⎛0.00025()1−σ⎞⎤⎫⎪χ=χω⎨0.68⎢exp⎜⎜⎟⎟−1⎥+