Page 137 - 《应用声学》2025年第2期
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第 44 卷 第 2 期              程宇翔等： 梯度流阻率多孔材料设计与声学性能分析                                          397


                 while the moderate curvature of logarithmic curve can avoid the decrease of mid-to-high frequency sound
                 absorption coefficient caused by the high airflow resistivity. The design of gradient airflow resistivity reduces
                 the influence brought by sound-absorbing valleys, which is a guide for the structural design of porous materials
                 and its application on acoustics.
                 Keywords: Polyurethane foam; Airflow resistivity; Gradient form; Gradient difference; Sound absorption
                 coefficient
                                                               要参数研究梯度材料的吸声性能是提升多孔材料
             0 引言
                                                               声学性能的有效途径。

                 噪声污染是影响极为广泛的环境污染。随着大                              流阻率是最早被用于描述多孔材料吸声系数
             众生活水平的提升，噪声控制成为社会发展中亟需                            的参数之一      [11] ，是影响多孔材料吸声系数的关键
             解决的重要问题。多孔吸声材料具有成熟的制造工                            参数。许多学者对改进流阻率测试方法                    [12] 、建立
             艺，且凭借密度低、质量轻和比强度高等突出性能，                           流阻率预测模型        [13]  等方面进行了研究，不断加深
             在车辆、交通和建筑等领域充当控制噪声的理想材                            了对影响流阻率的因素、按需求设计流阻率等问
             料  [1] 。传统多孔吸声材料主要为单一均匀材料，而                       题的认知。其中 Datta 等        [14]  修正了无纺布材料的
             通过结构设计或者填料改性来提升材料的声学性                             流阻率经验模型，使用面密度、孔密度等参数表征
             能成为近年来的研究热点。                                      流阻率。Hurrell 等    [15]  在研究无纺材料流阻率模型
                 多孔材料的结构设计方法包括梯度结构                   [2] 、穿    精度时，指出可用材料密度和纤维直径表示流阻
             孔结构   [3]  和嵌入工字形板      [4]  等。其中梯度结构凭            率。Prasetiyo 等  [16]  提出设计多孔材料流阻率以形
             借着突出的宽频和低频吸声性能以及易于制备的                             成梯度结构可以改变材料的吸声性能，之后使用
             特性逐渐被广泛应用于多孔材料和超材料中，因此                            不同材料构建流阻率梯度，以实验证实了梯度流
             越来越多的学者对梯度多孔材料的吸声性能进行                             阻率结构对于吸声性能的影响，并且说明了实际
             了研究。沈岳等       [5]  通过研究具有梯度密度的活性炭                 生产中可以通过控制密度确定流阻率。以上研究
             纤维毡，得出梯度材料相对单一材料吸声系数的提                            表明，可以通过控制密度、纤维直径或孔径等参数
             升效果，以及梯度材料各层密度对吸声系数的影响。                           制备具有不同流阻率的材料或者直接使用具有不
             Feng等  [6]  提出了梯度阻抗结构，研究了阻抗的梯度                    同流阻率的材料构建梯度，梯度流阻率材料具有更
             形式对吸声性能的影响，得出材料的阻抗以指数形                            好的吸声性能。但是目前对于梯度流阻率的研究
             式分布具有较高吸声性能，且指数函数的曲率对第                            仅停留在使用双层不同材料以形成梯度，仍然缺少
             一吸声峰影响较大。陈鑫等            [7]  通过研究聚氨酯泡沫            对于梯度结构、形式和梯度差对吸声系数的影响等
             的孔隙率梯度结构和梯度差对吸声系数的影响，并                            系统研究。
             优化每层材料的厚度，得到了吸声系数较高的孔隙                                本文基于流阻率研究其梯度变化对于材料吸
             率梯度分布方案。Lomte等          [8]  制备了具有不同压缩            声系数的影响，并且通过梯度流阻率设计出具有高
             比的泡沫铝，堆叠形成梯度密度材料，通过测试材                            吸声性能的多孔材料。本文采用 JCA                [17−18]  模型及
             料的流阻率、吸声系数以及传递损耗，针对性地设                            传递矩阵法 (Transfer matrix method, TMM) 推导
             计梯度密度泡沫铝材料，以期控制材料的吸声性能。                           了梯度流阻率多孔材料的吸声模型，并使用阻抗管
             巨泽港等     [9]  设计并研究了梯度阻抗吸声超材料在                    测试吸声系数验证了模型的准确性。以聚氨酯泡
             高切向流速、高声强下的声学性能，实验结果表明，                           沫为研究对象，首先通过流阻率对吸声系数的影响
             所设计的梯度结构具有良好的低频宽带吸声性能。                            确定了材料流阻率的变化范围以及流阻率变化的
             Ren等  [10]  提出了制备梯度孔径泡沫材料的路线，通                    梯度结构。进而通过数值计算研究了流阻率的梯

             过梯度孔径的组合类比构建了尖孔和亥姆霍兹共                             度形式以及梯度分布曲线的曲率对材料吸声性能
             振结构，结果表明此梯度复合共振结构在中高频具                            的影响，并结合流阻率梯度差分析梯度流阻率多孔
             有高效吸声性能的同时还增强了低频共振吸声效                             材料的吸声性能，得出梯度材料的流阻率最优设计
             果。梯度材料在吸声领域的突出性能表明，针对重                            方案。
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