功能材料——多孔吸声材料.ppt

,多孔吸声材料的展望Prospect of PorousAbsorption Materials,班级：08302031学生：张成燕学号：0843022095,背景: -随着现代工业和交通运输事业的发展, 环境污染也随着产生, 噪声污染是当今世界污染的三大问题之一, 噪声不仅危害人的听觉系统, 使人疲倦、耳聋, 而且还会加速建筑物和机械结构的老化, 影响设备及仪表的精度和使用寿命。因此吸声降噪逐渐演变成为一个有关高科技、环境以及人类协调发展急需解决的重要课题。生活常识举例：在冬天，一场大雪过后， 人们会感到窗外万籁俱寂。这是怎么回事？,1 背景说明及生活常识举例,生活常识举例： 原来，刚下过的雪是新鲜蓬松的，它的表面层有许多小气孔。当外界的声波传入这些小气孔时便要发生反射。由于气孔往往是内部大而口径小。所以，仅有少部分波的能量能通过出口反射回来， 而大部分的能量则被吸收掉了， 从而导致自然界声音的大部分能量均被这个表面层吸收， 故出现了万籁俱寂的场面。根据疏松多孔的材料对声音的这种特性， 人们制造出了吸声材料，即多孔吸声材料。多孔吸声材料必须具有大量微孔，且微孔必须通到材料制品表面，使空气能够自由进入，才能达到吸声效果。,1 背景说明及生活常识举例,2 吸声材料的分类,吸声机理,共振吸声结构的材料,多孔吸声结构的材料,2 吸声材料的分类,2.1 共振吸声结构材料 结构特性：为亥姆霍兹共鸣器式结构, 它是利用 入射声波在结构内产生共振, 从而使大量能量耗逸。利用了共振原理, 因而吸声的频带较窄。2.2 多孔吸声结构材料 结构特征：材料内部具有大量互相连通的微孔或间隙, 而且孔隙细小且在材料内部均匀分布。,2 吸声材料的分类,2.2 多孔吸声材料 吸声机理：当声波入射到材料表面时, 一部分在材料表面反射, 另一部分则透人到材料内部向前传播, 在传播过程中, 引起孔隙中的空气运动, 与形成孔壁的固体孔筋或孔壁发生摩擦, 由于粘滞性和热传导效应, 将声能转变为热能耗散掉。 声波在刚性壁面反射后, 经过材料回到表面时, 一部分声波透射到空气中, 一部分又反射回材料内部, 声波通过这种反复传播, 使能量不断转换耗散, 如此反复, 直到平衡, 由此使材料吸收部分声能。,2 吸声材料的分类,2.2 多孔吸声结构材料,分类,泡沫类吸声材料,纤维类吸声材料,2 吸声材料的分类,2.2 多孔吸声结构材料 2.2.1纤维类吸声材料按其选材的物理特性和外观主要分为有机纤维吸声材料、无机纤维吸声材料、金属纤维吸声材料。现在的研究中, 更注重各种纤维材料在实际中的应用。,2 吸声材料的分类,2.2 多孔吸声结构材料2.2.2泡沫吸声结构材料,分类,闭孔泡沫,半开孔孔泡沫,开孔泡沫,2 吸声材料的分类,2.2.2泡沫吸声结构材料 闭孔泡沫材料：闭孔结构的泡沫金属材料,以闭孔泡沫铝为代表, 闭孔泡沫铝的吸声系数比较低, 是由于声波很难到达孔隙内部, 与其内部相互作用, 仅有一些裂缝和微孔, 本身并不能作为良好的吸声材料。,闭孔泡沫铝宏观照片Typical structure of close celled aluminum foam,2 吸声材料的分类,2.2.2泡沫吸声结构材料 半开孔泡沫材料：半开孔泡沫铝, 可以通过高压渗流制备, 在其制备过程中, 通过控制制备参数, 来达到预计的孔连接性。,半开孔泡沫铝宏观照片Typical structure of semi open celled aluminum foam,2 吸声材料的分类,2.2.2泡沫吸声结构材料 开孔泡沫材料：现在提出了把旋转发泡法和颗粒浸出法结合起来的方法, 可以通过控制颗粒的形状尺寸, 来控制孔隙率和孔形状, 能够制得孔隙率为0.9 的高孔率材料, 由于开孔泡沫材料具有复杂的渠道结构以及表面粗糙的内部空隙, 导致其具有较高流阻, 所以开孔泡沫铝的整体吸声性能要比闭孔的好的多。,开孔泡沫铝宏观照片Typical structure of open celled aluminum foam,3 影响吸声材料的因素,3.1 空气阻流的影响 空气流阻：定义为材料两面的静压差和气流线速度之比, 它反映了空气通过多孔材料时材料的透气性。 流阻越大, 材料的透气性就越小, 声波越不容易深入材料内部, 吸声性能会下降; 但流阻太小, 使声能转化为热能的效率又会过低。,3 影响吸声材料的因素,3.2 空隙率的影响 孔隙率：定义为材料中孔隙体积和材料总体积的比值。总体来说, 孔隙率越大, 泡沫金属的吸声系数越大。主要是因为孔隙度越大, 孔隙的曲折度越大, 内部通道越复杂。当声音进入后, 发生漫反射和折射, 并且孔隙中的空气随之而振动, 由于孔隙壁的摩擦以及空气粘滞阻力等而使得相当一部分声能转化为热能而被耗散。,吸声系数与孔隙率的关系 Realtionship between sound-absorption coefficient andporsity,3 影响吸声材料的因素,3.3 孔径的影响 孔径越小, 高频吸声性能越高, 低频吸声性能没有很大变化。,吸声系数与孔径的关系 Realtionship between sound-absorption coefficient andhole size,3 影响吸声材料的因素,3.4 厚度的影响 -多孔材料厚度增大时, 各个频段的吸声性能都有所增高, 这是因为多孔材料厚度增大时, 孔隙通道延长, 进人孔隙中的声波经多次能量损失之后, 才可以穿过多孔材料而到达其另一侧。,吸声系数与材料厚度的关系 Realtionship between sound-absorption coefficient andthickness,3 影响吸声材料的因素,3.5 背后空腔的影响 -背后加空腔, 可以提高材料的低频吸声性能。提高空腔的深度, 可以提高吸收峰的宽度和高度, 并且使峰值向低频方向移动。没有空腔时, 耗散机制主要是粘滞和热损耗, 有空腔后, 亥姆霍兹共振吸收占主要部分。,4 未来展望及应用,各类吸声材料, 各具特色和使用价值。多孔吸声材料已广泛应用于噪声管理, 虽然木质纤维板、微穿孔板等也具有较好的降噪功能, 但其应用范围经常受到强度和刚度不够高的限制, 多孔金属降噪材料具有高比强度、高比刚度、耐腐蚀、防火、防潮、无毒、美观等良好特性。用于大城市高架桥吸声底衬、高速公路隔声屏障、隧道壁墙、室内天花板等。实用性多孔金属在解决阻抗匹配以及水温水压影响方面则具有不可多得的优势, 同时还避免了化学纤