Page 137 - 《应用声学》2021年第3期
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第 40 卷 第 3 期                吴量等： 多层多孔吸声材料结构参数优化设计                                           455


             结果，而 ACB 和 CAB 的原始结构已经达到了该厚                           (1) 采用JCAL模型、Biot理论结合TMM推导
             度结构下较好的吸声表现。所以综上所述，本文采                            的多层多孔吸声结构的理论模型具有一定可行性，
             用的结合相关理论模型优化结构的方式可以在提                             准确度较高，可用于多层结构的仿真研究。
             升结构轻薄性能的同时，通过厚度参数的优化寻找                                (2) 采用遗传算法对多层结构的厚度参数优化
             到该结构顺序下的最佳吸声，而且最佳厚度参数对                            研究，可以减少整体结构的厚度、重量，同时结构
             应的吸声系数往往是可以在一定程度上保证低频                             ABC、BAC 和 BCA 在低频段的吸声系数都有明显
             的吸声效果的，故具有较大的实际应用价值。                              提升，该方法具有很强的实际应用价值。
                 另一方面，上述结论是基于仿真计算得到，接                              (3) 本文提出的研究方法所取得的研究成果对
             下来采用实验验证的方式判断优化之后的吸声系                             于实现结构轻量化，节省安装空间具有重要意义，可
             数是否有所提升，现采用专用的材料厚度切割设备                            应用于高铁、建筑等领域。
             制备了BCA结构的最优结构样品，利用阻抗管测试
             了其吸声系数，并比较了优化前后样品的吸声系数                                           参 考 文        献
             测试结果，如图4所示。
                                                                 [1] 上官文斌, 熊冬, 谢新星, 等. 车用多层平板材料吸隔声特性
                                                                   的测试与计算分析 [J]. 振动与冲击, 2018, 37(1): 241–247,
                    0.9
                                                                   264.
                    0.8
                                                                   Shangguan Wenbin, Xiong Dong, Xie Xinxing, et al. Mea-
                    0.7                                            surement and calculation of the sound absorption and in-
                   ծܦጇ஝  0.6                                       sulation characteristics of vehicle-used multi-layered panel
                    0.5
                    0.4                      BCAࢲܒ                 materials[J]. Journal of Vibration and Shock, 2018, 37(1):
                                                                   241–247, 264.
                    0.3                                          [2] Zhu J, Sun J, Tang H, et al. Gradient-structural opti-
                                               ฾តፇ౧
                    0.2                        ͖ӑፇ౧                mization of metal fiber porous materials for sound ab-
                                                                   sorption[J]. Powder Technology, 2016, 301: 1235–1241.
                    0.1
                      0     1000   2000   3000   4000            [3] Wang J, Ao Q, Ma J, et al. Sound absorption performance
                                   ᮠဋ/Hz
                                                                   of porous metal fiber materials with different structures[J].
                                                                   Applied Acoustics, 2019, 145: 431–438.
                      图 4  BCA 结构优化前后测试结果
                                                                 [4] Wang C N, Kuo Y M, Chen S K. Effects of compression on
               Fig. 4 Test results before and after BCA structure  the sound absorption of porous materials with an elastic
               optimization                                        frame[J]. Applied Acoustics, 2008, 69(1): 31–39.
                                                                 [5] 杨晓涛, 谷正气, 杨振东, 等. 汽车乘员舱多层吸声材料的多
                 如图 4 所示， 实线表示优化后吸声系数测
                                                                   目标优化 [J]. 振动与冲击, 2013, 32(4): 21–25, 28.
             试 结 果， 实 验 测 试 表 明 优 化 之 后 吸 声 系 数 在                  Yang Xiaotao, Gu Zhengqi, Yang Zhendong, et al. Multi-
             1500∼2900 Hz之间的吸声性能提升效果明显，同时                          target optimization of multilayer sound absorption mate-
                                                                   rial combinations in passenger compartment of a car[J].
             在 1000∼1500 Hz 之间也呈现了较弱的吸声能力提
                                                                   Journal of Vibration and Shock, 2013, 32(4): 21–25, 28.
             升，对应图3 的BCA结构优化前后仿真结果对比发                            [6] Shen X, Bai P, Chen L, et al. Development of thin sound
             现，其在 1000∼2900 Hz 之间也有一定的吸声性能                         absorber by parameter optimization of multilayer com-
                                                                   pressed porous metal with rear cavity[J]. Applied Acous-
             的提升，而在 1500 Hz 以下和 3000 Hz 以上优化前
                                                                   tics, 2020, 159: 107071.
             后的吸声实验结果与仿真结果有一定差异，但是并                              [7] 张姮李子, 邱小军. 释压法混合吸声系统中多孔材料厚度优化
             未影响优化之后的吸声系数是该顺序结构的最佳                                 研究 [J]. 应用声学, 2011, 30(2): 81–89.
                                                                   Zhang Henglizi, Qiu Xiaojun. A study on thickness op-
             结果，同时也实现了材料的轻薄化和轻量化的目的。
                                                                   timization of porous material in hybrid sound absorbing
                                                                   systems with pressure-release method[J]. Journal of Ap-
             5 结论                                                  plied Acoustics, 2011, 30(2): 81–89.
                                                                 [8] Yang X, Peng K, Shen X, et al. Geometrical and dimen-
                 本文采用了 Biot 模型和等效流体模型 JCAL                         sional optimization of sound absorbing porous copper with
             以及 TMM 计算了多层多孔吸声材料的吸声系数，                              cavity[J]. Materials & Design, 2017, 131: 297–306.
                                                                 [9] Chen S, Zhu W, Cheng Y. Multi-objective optimization
             并结合遗传算法对 3 层梯度多孔材料结构厚度参数
                                                                   of acoustic performances of polyurethane foam compos-
             优化。最终得出如下结论：                                          ites[J]. Polymers, 2018, 10(7): 788.
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