金属橡胶材料研究

金属橡胶材料研究金属橡胶材料研究 xx 第27卷12月第12期机械科学与技术Mechanical Scienceand Technologyfor AerospaceEngineeringDecemberxxVol 27No 12金属橡胶材 吸声性 能的实验研究奚延辉 陈天宁 西安交通大学机械工程学院 西安 710049 奚延辉摘 要 本文制作了孔隙率范围尽可能大的几种吸声用金属橡胶试件 通 过实验方法研究了金属橡胶材 的吸声性能 对比分析了材 孔隙率和 背腔空气层对吸声性能的影响 采用自制的实验装置测 了材 的流阻 给出了流阻随材 孔隙率变化的规 关 键 词 金属橡胶 吸声 降噪 流阻 TB535 A 100328728 xx 1221673204Experimental Researchon SoundAbsorption ofMetal Rubber M R Xi Yanhui Chen Tianning School ofMechanical Engineering Xi an JiaotongUniversity Xi an710049 Abstract Metal rubberspecimens forstudying theirsound absorptionwere manufacturedin awide rangeof porosi2ty The sound absorption performanceof metal rubber materialwas investigatedby anexperimental method Theeffects ofporosity andair gapin theback onsound absorptionhave beenanalyzed fortheMR materialin asort offiberdiameter The flow resistivity ofthe materialwas testedwith aset ofself2made equipmentand therule thatflowresistivity changeswith theporosity ispresented Key words metalrubber soundabsorption noise reduction flowresistivity 轻质多孔材 作为一种特殊的功能材 一直是材 学界和工程领域的研 究热点之一 目前常见的多孔材 有各种泡沫材 有序结构多孔材 如蜂窝材 以及纤维型多孔材 等 根据制备材 的 同一般将其分为金属多孔材 和非金属多孔材 两大 类 金属纤维多孔材 是用金属纤维制备而成的多孔材 与各种非金属的 纤维多孔材 相比 金属纤维多孔材 的主要优点在于它的耐温性和耐 腐蚀性 即它适合于高温 严寒以及油污等较恶劣的环境下使用 为 重要的是与其他类型的多孔材 相比 在孔隙率相同的情况下它具有 很高的比刚度和比强度 具有 大的表面积和较小的流阻 可以作为结 构功能一体化的材 使用 金属纤维多孔材 仅可以用于吸声降噪 也可以用作化学反应催化剂 的载 xxxx12基金项目 国家973计划项目 xxCB601204 资助作者简介 奚延辉 1963 副教授 博士 研究方向为机械设计及 论 振动与噪声控制 xiyanh mail xjtu 体来提高催化剂的催化效率 目前已经研究开发的金属纤维多孔材 主要有烧结型和编织型两种 烧结型金属纤维多孔材 是通过烧结工艺使金属纤维相互连结形成多 孔材 的 其优点是可以使用丝径很细 最小仅为几个微米 的金属纤 维 形成十分细密的微孔结构 根据马大猷的微孔吸声 论可知 孔径越小 其吸声效率就会越高 而编织型金属纤维多孔材 则是先对金属纤维进 编织 然后模压成型 的 由于目前编织工艺上的局限 主要使用丝径大于011mm的金属纤维 从而其内部微孔结构 如烧结型细密 但因其内部的纤维之间未完全 固结 因而又具有较高的耗能性 整体上亦 具弹性 编织型纤维多孔材 在制备工艺方法上 既有简单 的金属丝网压制 型 目前主要应用于减震器 也有采用螺旋状纤维立体编织压制成型 的金属橡胶型等 众所周知 目前工程降噪中普遍应用的吸声材 大都属于多孔材 有 关多孔材 的吸声性能研究也已经取得了许多 论成果 1 但总体上 看 大多是基于非金属类多孔材 的研究 鉴于材 的密1674机械科学与技术第27卷度 弹性模 泊松比 热 容率以及表面形貌等参数对结构耗能和吸声机 的实际影响 所以对 金属多孔材 的吸声性能有必要进一步研究 对于纤维型多孔材 而言 由于其内部微孔结构十分复杂 直接建立 数学模型 目前主要通过唯象 论进 描述 因此 首先需要对其吸声性 能进 实验研究 以获取一般性规 然后再建立相应的 论模型 本文仅对金属橡胶材 的吸声性能进 实验研究 1 金属橡胶吸声特性试验方案以从试验结果可以直接分析孔隙率对吸 声特性的影响规 本文自 制备了金属橡胶吸声材 试件 有关参数见表1 表1 吸声试件参数试件序号丝径d mm 厚度h mm 直径D mm 孔隙率 12345 601101101101101101124102515261026153310191029 10029 10029 1 0029 10029 10029 100018900185001800017500177301605根据作者 前期研究的结论 金属橡胶的纤维丝径决定了内部微孔的最小孔径 而较大的孔径对吸声 利 因此本文直接采用011mm的 锈钢金属纤维制作试件 再对其它丝径 进 对比研究 表1中试件1的孔隙率为0189 该孔隙率基本上已是011mm丝径制备的 金属橡胶所能达到的最大孔隙率 一般 孔隙率越大 材 的相对密度就越小 材 内部连接就越松散 当孔隙率大于这个值时 由于螺旋卷之间的连接过于松散 材 总体强 度和稳定性将明显降低 而试件6的孔隙率为01605 这基本上是011mm 丝径制备的金属橡胶在一定模压条件下达到的最小孔隙率 此时材 密度也较大 3311g cm 图1为试验所用的几种金属橡胶试件 试验设备采用B且孔隙率对流 阻的影响很大 4种试件的孔隙率近似线性增大 而流阻值则成非线性关系减小 由于在声学研究中主要关心的是静流阻特性 图9给出了流速最低 01 25m s 时测得的流阻与孔隙率的关系曲线 由图可见 在一定的最小孔径条件下 流阻和孔隙率呈非线性的反比 关系 根据流阻特性也可以较好地解释前文得到的孔隙率与吸声特性的关 系问题 5 结论 1 纤维丝径为011mm的金属橡胶材 孔jective invariance A xxInternationalConference onImageProcessing IC IP C xx 405 408 2 Lillholm M Nielsen M 73 95 3 Pedersen KS Nielsen The Hausdorffdimension andscale2spacenormalization ofnatural images J JVC IR 2000 11 2 266 277 4 Nunziati W et al An Invariant Representation forMatchingTrajectories AcrossUncalibrated VideoStream s M Springer2Verlag BerlinHeidelberg xx 318 327 5 Mundy JL et al Geometric Interpretationof JointCon icIn2var iants M M ITPress Cambridge MA USA 1992 6 Kim H Kim J Region2based shapedescriptor invariantto rotationscaleand translation J Signal Processing Image Communi2cation 2000 16 122 87 93 7 高文 陈熙霖 京 计算机视觉 M 清华大学出版社 1998Feature2ba sed imageanalysis J International Journal ofComputer Vision xx 52 2 3 隙率一般可达到0189 016的范围 2 当厚度一定时 孔隙率在0175左右具有最好的吸声性能 峰值吸声 系数达到1 当孔隙率较大时 由于材 流阻较小 即声波通过材 的耗 损较小 将使吸声效果明显降低 当孔隙