三聚氰胺泡沫吸声材料声学性能的仿真研究

1、 本科毕业论文设计题目：三聚氰胺泡沫吸声材料声学性能的仿真研究 姓 名： 学 号： 专 业： 院 系： 指导老师 职称学位： 讲师/硕士 完成时间： 教务处制学习文档 仅供参考安徽新华学院本科毕业论文设计独创承诺书本人按照毕业论文设计进度计划积极开展实验调查研究活动，实事求是地做好实验调查记录，所呈交的毕业论文设计是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中特别加以标注引用参考文献资料外，论文设计中所有数据均为自己研究成果，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的工作已在论文中作了明确说明并表示谢意。毕业论文设计作者签名： 日期： 学习文

2、档 仅供参考三聚氰胺泡沫吸声材料声学性能的仿真研究摘 要随着社会的快速发展，我们生活的环境发生了巨大的变化。于此同时人们对于噪音的认识也越越深。噪声具有阻碍了人们的正常生活休息，如使人感到烦躁、紧张、疲劳甚至还会对人的听力，神经系统、心血管等方面产生危害。因此急需一种有效的方式来降低噪音，吸声材料的研究由此具有重大意义。目前主要使用多孔吸声材料解决噪音污染。多孔吸声材料存在一些不足，但由于去制作材料广泛，加工相对简单。对于多孔材料的吸声特性对噪声控制具有重要的意义。Biot于1956年提出流体饱和多孔介质声传播理论，为多孔介质声学奠定理论基础。随着Boit理论的不断完善，其广泛应用于声学方面，

3、目前在科学研究中广泛使用电脑模拟。本文是在VA One仿真软件中，基于Boit理论进行三聚氰胺泡沫材料吸声特性的分析。主要对三聚氰胺泡沫材料的厚度、密度、背后空气层、孔隙系数、粘滞系数、阻流率等因数对三聚氰胺泡沫材料吸声性能的研究。通过对三聚氰胺泡沫材料吸声性能的了解，对于噪音的控制具有重要意义。能够有效的解决噪声污染且节省三聚氰胺泡沫材料的使用量。关键词：噪声Boit理论；VAOne；三聚氰胺泡沫材料；吸声性能Research of Management Information System of Power Plant Based on UMLAbstractPower plant is

4、one of the most important industries of the national economic development, and its productivity takes direct effect on the peoples living standard. The output forms of the enterprise play a great role in its productivity. The most effective means to manage the information of the enterprise is to use

5、 computer, which can help managers to finish the production report forms quickly and exactly, and can benefit to the leader for decision-making.This paper analyzes the data characteristics of the enterprise, including data distribution, data-collecting mode, and the complex data-calculating relation

6、s based on the statistical requirements. It analyzes the functional requirements of the system in detail with UML, and describes the basic steps of UML modeling and the mapping relationship between the UML and the relation database. In addition, we construct use case diagram, class diagram, state di

7、agram, collaboration diagram, component diagram, deployment diagram and other model diagrams. It is becoming more maintainable and extensible to manage the system based on these reasonable modeling foundations.We analyze the system modeling from the view of network application, considering the curre

8、nt application and future evolution. However, there is still a lot of research work to be done with the development of enterprise.Key Words：Criteria；UML；Relation Database；Diagram学习文档 仅供参考目 录1 绪 论11.1研究意义及背景11.2 噪声的控制11.3吸声材料发展状况与展望21.4国内外研究进展31.5本课题的主要研究内容42三聚氰胺泡沫材料的声学特性52.1吸声材料简介52.1.1材料吸声性能的评价与测试方

9、法52.1.2 吸声材料的类型72.2三聚氰胺泡沫材料的简介82.2.1 三聚氰胺泡沫塑料构造特征与吸声特性82.2.2 影响三聚氰胺泡沫塑料吸声性能的因素83 毕奥理论与VA One软件103.1 毕奥(Biot)理论103.2 VAOne软件简介113.2.1VAOne应用范围113.2.2 VA one应用过程113.2.3 VA One核心模块介绍124三聚氰胺泡沫塑料吸声特性的仿真设计144.1三聚氰胺泡沫塑料厚度对吸声系数的影响144.2三聚氰胺泡沫塑料密度对吸声系数的影响154.3 三聚氰胺泡沫塑料背后空气层对吸声系数的影响164.4 三聚氰胺泡沫塑料孔隙系数对吸声系数的影响17

10、4.5三聚氰胺胺泡沫塑料功耗对吸声系数的影响184.6粘滞系数对三聚氰胺胺泡沫塑料吸声系数的影响194.7流阻率对三聚氰胺胺泡沫塑料吸声系数的影响195结 论21致 谢22参考文献23学习文档 仅供参考1 绪 论1.1研究意义及背景随着社会的进步，人们生活中出现可各种各样奇怪的声音，这些声音组成了大自然的“交响乐”，但有些声音却影响了人们的正常生活。曾经宁静的乡村如今也变的“热闹”起来。汽车的鸣笛声，车辆发动机的轰鸣声等。人们居住的各种吵杂的环境中。据有关资料了解噪声污染己经成为一个世界性的问题与空气污染、水污染并称为世界三大公害。噪声对人们的影响非常大，它阻碍了人们的正常生活休息，如使人感到

11、烦躁、紧张、疲劳甚至还会对人的听力，神经系统、心血管等方面产生危害。通过噪声对建筑物也有一点的影响，如加剧建筑物等的老化。甚至还影响设备的使用寿命及精度。随着社会的进步人们的环保意识逐渐增强，人们对于环境中声音的要求也越来越高，噪声的治理具有极其重要的意义。能有提高人民生活质量，对于人们的身心健康的治理也有一点的积极影响。由于噪声污染已经世界三大公害之一，因此对于治理噪声污染逐渐演变成了一个关于环境治理以及人类发展工程中必修解决的重要难题，目前治理噪声的方法之一是使用吸声材料使声音的分贝在传播过程中迅速减弱，到达噪声的控制。三聚氰胺泡沫材料是一种多空吸声材料，且三聚氰胺泡沫材料具有良好的阻燃性

12、，在使用过程中不需再添加阻燃剂，因此三聚氰胺泡沫材料适合于运用在噪音严重的居民楼中，到达降低声音分贝的作用。因此对于三聚氰胺泡沫材料吸声效果研究具有极其重要的意义。如研究三聚氰胺泡沫材料的密度等因素对于吸声效果变化情况，对于材料的利用率具有极其重要的影响。1.2 噪声的控制由于声音的传播过程是由声源的震动产生声音，声音通过介质进行扩散至能够接收到声音的受体。因此对于噪声的控制可以从噪声传播的三个阶段加以控制，三个阶段的控制分别如下： (1 )控制噪声源：使用分贝低的设备，可以通过改进其生产的结构，提高加工的精度的降低分贝，也可在声源处使用隔声，吸声的设备控制噪声的传播等。 (2 )在声波传播过

13、程中可以使用阻隔方式或收声波。如利用吸声材料、消音器、隔声材料等对声波进行吸收、阻隔。(3)声波受体采取保护措施。在一些不能防止噪声的工作环境,只能依靠防噪产品对受体进行保护。由于声源的控制是最难实现的，声音在传播过程中的控制容易实现,其最有效的控制方法是在声音的传播过程中加以阻隔、吸收声波降低分贝。针对噪声的控制技术主要有以下三种，分别为：隔声降噪、阻尼降噪和吸声降噪,但这三者都有一个共同的特定离不开声功能材料。1.3吸声材料发展状况与展望能够将声能转换为热能的材料，我们称之为吸声材。吸声材料按其吸声原理可分为共振吸声结构材料与多孔吸声材料两大类。前者在低频声音是的吸声系数较高，但其制作及加

14、工有些复杂；后者在中高频声音中具有较大的吸声系数。虽然后者存在一些缺点，但其具有制备技术简单且取材方便等特点。随着吸声材料的开发与研制，低频吸声性能也得到了极大的改善，使得多孔吸声材料成为国民经各行各业不可缺少的材料与用品之一。随着新型材料的研制与开发，更多的新型材料在众多领域发挥着积极作用。伴随着近代合成材料的进展，吸声材料也从以前的有机材料到无机材料，再到如今的复合材料。近年来，由于矿物纤维材料具有吸声性能好，质量轻，不易燃烧，绝热绝缘、不腐、隔音减震等特点，替代了干草，毯子等天然吸声材料，使其在工业领域中起到了积极作用。但是矿物质纤维材料同时也具有在实际操作过程中容易断裂、破碎，在使用后

15、当材料破坏后容易产生大量的粉尘。随着社会的发展，这些跟不上社会发展需求。未来新型声学材料应具备环保，安全等特点。材料学家在吸声材料研究领域正在不断的深入研究，将来必会出现各种各样新型吸声材料及新型吸声结构形式，将为我们创造一个健康、舒适、安全的生存环境。1.4国内外研究进展一切技术的发展都离不开材料，在过去及现在人类甚至将来都不会改变事是社会假设没有材料就不可能进步。对于声学材料的研究，我们只关注的问题是材料对于声音传播过程中能量的吸收率之间的关系。对于直入射吸收系数和无规则入射吸声系数的可以为研究者提供一定的信息。我们可以使用相关的测试工具得到这些数据。但是为了能够深入的了解材料结构与其性能

16、间的关系，因此需对材料的吸收声音的特点及特性等方面进行考虑与研究。大多数研究材料与吸声之间关系的人员试图从材料的孔隙率、泊松比、杨氏模量、流阻率等特性入手,从而得到材料较为详细的参数,设计出更好的吸声材料。 据资料的记载可知，对于材料的吸声效果研究可以追溯到上世纪40年代初,不管从材料学的快速发展还是对于研究材料学科人员数量的增多，材料关于吸声的研究成果已经广泛的应用在各行各业，如资源的声波勘探、地震勘探、声波测井和吸声材料的声音衰减等。Delany和Bazley是最早提出关于材料中声音具有代表性的阻抗及声音传播常数等基本关于声音特性与不同频率下静态流阻率间的关系。即使目前吸声材料已经得到广泛

17、的应用，其中有不少应用非常成功，但是Delany-Bazley方程得到的预测结果在低频环境下与实际测量结果依旧有很大的差异。因此不能用于研究微观结构对声音吸收的效果预测10。Morse-Ingard模型建立在物理声学基础上，但是它不能直接的运用到微观材料的结构上，只能间接的运用到微观多孔材料的结构。Champoux和Allard基于粘滞力频率，推导出了多孔隙硬骨纤维材料之间的关系式,并引进了粘滞力和散热过程相关的两个数量的比值及与孔隙形状有关。1956-1962年期间，科学家Biot提出了流体饱和多孔介质弹性波动力学理论，该理论一直使用到现在，被后来的材料声学研究者简称为毕奥Biot)理论。B

18、iot理论预测声音在多孔介质中传播时存在两种纵波分别是纵波与慢纵波。直到1980年，Plioa首次在实验室中验证了Boit理论中提到的第二种纵波慢纵波，在Biot理论的分析与应用的曲折道路上起到了推进效果。随着人类社会的进步，人们对于科学知识不断修正与完善，其中包括Biot理论，其研究成果在物理学，力学，骨科学、地震学及声学方面都得到了广泛的运用。1.5本课题的主要研究内容本文在查阅分析文献的基础上,基于VAOne软件平台,分析了多孔材料的吸声特性 12。本文研究的内容主要有以下几个方面:1深入研究三聚氰胺泡沫吸声材料的吸声降噪机理2深入研究多孔材料的理论模型3深入研究衡量材料、结构的声学性能

19、的因素吸声系数的两种测量方法垂直入射吸声系数和扩散场吸声系数(4)研究三聚氰胺泡沫吸声材料吸声性能的影响因素(5)通过VA ONE仿真分析三聚氰胺泡沫吸声材料各参数对其吸声性能的影响特性2三聚氰胺泡沫材料的声学特性2.1吸声材料简介吸声材料指具有较强的吸收声能、减低噪声性能的材料。由于材料就有多孔性、薄膜作用或共振作用，对入射声能或多或少都有吸声能力，因此吸声材料一般是内部结构具有多孔的、贯穿的而且密度极小。吸声材料的吸声原理主要是:首先是粘滞性和内摩擦作用,由于声波在传播过程中，质点振动速度各处不同，存在着速度梯度，使相邻质点间产生相互作用的粘滞力或内摩擦力，对质点运动起阻碍作用，从而使声能

20、不断转化为热能。其次是热传导效应, 由于声波在传播过程中媒质质点疏密程度各处不同，因而媒质温度也各处不同，存在着温度梯度，从而相邻质点间产生了热量传递，使声能不断转化为热能。工程应用中通常把对于频率分别为125Hz、250Hz、500HZ、1000HZ、2000Hz、4000Hz平均吸声系数大于0.2的材料叫做吸声材料14,平均吸声系数大于0.56的材料称作高效吸声材料。2.1.1材料吸声性能的评价与测试方法在工程应用中，吸声材料的质量主要通过材料的吸声系数表达的。吸声系数a指材料吸收的声能与入射到材料上的总声能的比值。如图2-1表示的是声音在传播过程中能量的变化关系，其中Ei表示单位时间内入

21、射的总声能，Er为反射的声能，Ea为吸收的声能，吸声系数a可以表示为： a=EaEi=1-ErEi=1-Pr2Pi 2-1式中Pi为入射声波的声压，Pr为反射声波的声压。图2.1 声能的反射、透射与吸收由于材料的吸声系数与声音的频率有关，不同频率的吸声系数是不同的，因此在测量材料的吸声系数通常使用平均吸声系数对材料的吸声效果进行评价，虽然不能真实有效的反映出材料的吸声效果，但其仍具有实用价值。 a=i=1i=nain 2-2式中a为平均吸声系数：ai为各频率的吸声系数。工程设计过程中通常依据无规入射吸声系数，由于其测量的条件接近于现实生活中材料的使用条件。无规入射吸声系数指声波以相同的概率从各

22、个方向无规则的入射时所测定的吸声系数。在实验室里测量得出各种吸声材料的吸声系数。现在,材料吸声系数的侧量方法主要有三种:驻波管法、传递函数法和混响室法。l)驻波管法驻波管法是测量材料的垂直入射吸声系数的方法。当声波垂直入射到测试材料的外表而被反射时，在管内就形成驻波。测出极大声压和极小声压的比即驻波比n后，就可按式 计算材料的垂直入射吸声系数。由于实用中的试件的吸声系数与声波的入射方向及安装条件有关，而像驻波管法中所采用的入射方向及安装条件在工程中是没有的，因此驻波管法仅用于研究吸声系数与其样品的大小无关的吸声材料的声学性能。另外，用驻波管法还能测量材料的声阻抗。此时要测定的量有驻波比、从试件

23、外表至第一个声压极小值的距离和两个相邻极小值之间的距离。2)传递函数法传递函数法测定法向人射条件下吸声材料的吸声系数，涉及阻抗管的使用、两个传声器的位置和数字频率分析系统。本方法也能用来测定吸声材料的外表声阻抗率或外表声导纳率。测试样品装在一支平直、刚性、气密的阻抗管的一端。管中的平面声波由无规噪声、伪随机序列噪声或线性调频脉冲声源产生。在靠近样品的两个位置上测量声压，求得两个传声器信号的声传递函数，用此计算试件的法向人射复反射因数、法向人射吸声系数和声阻抗率。上述这些量都是作为频率的函数确定的。频率分辨率取决于采样频率和数字频率分析系统的测量记录长度。有用的频率范围与阻抗管的横向尺寸或直径及

24、两个传声器之间的间距有关。用不同尺寸或直径和间距作组合，可得到宽的测量频率范围。3)混响室法混响室法的测量结果为随机入射吸声系数，是通过测定混响室的混响时间来确定材料的吸声系数的。混响室法测量时,被测样品也是紧贴刚性背衬,通过测量有无样品时房间的混响时间计算吸声系数。有背衬的测量条件与声学材料的实际应用环境是相似的,但无背衬时测量的吸声系数更能反映材料的吸声特性。我们将这两类测量方法分别称之为反射法测量和透射法测量。从已发表的文献来看,背衬对吸声特性的研究主要集中在水下。 空气声中两类方法测量的吸声系数差异很少讨论。 主要原因也许是现有的阻抗管法或混响室法测量原理本身所决定的,如样品安装方式以

25、及所用的单频或宽带连续声波使透射波、反射波与入射波的别离比较困难。2.1.2 吸声材料的类型目前我国生产和使用的吸声材料种类繁多，其吸声原理是声音在传播过程中具有粘滞性及内部摩擦作用和热传导效应,将声能逐渐转化为其它能量而到达吸能降噪的效果。材料不同,其吸声特性也不同。在工程应用中,我们通常将吸声材料分为以下几种类型,如下表2-2所示。表2-2吸声材料的类型多多孔吸声材料料共振吸声材料料特殊结构吸声材料料纤纤维状吸声材料料单个共振器吸声材料料吸声尖劈劈颗颗粒状吸声结构构薄板共振吸声材料料可调吸声结构构泡泡沫状吸声材料料微穿孔板吸声材料料空间吸声体体2.2三聚氰胺泡沫材料的简介三聚氰胺泡沫塑料具

26、有体积密度小、疏松轻质、高多孔结构；对于高频吸声系数大，低频吸声系数低等特点。2.2.1 三聚氰胺泡沫塑料构造特征与吸声特性三聚氰胺泡沫塑料从外表到其内部具有大量的相互贯穿的微型小孔，且这些孔隙在材料内部均匀分布，其内部内部筋络总外表积大,有利于吸收声能。三聚氰胺泡沫塑料内部的孔洞是向外敞开，这样有易于声波进入孔洞内。三聚氰胺泡沫塑料体积密度为 410kg/m³，厚度50mm 的面密度为200600g/m²由此可知) 三聚氰胺泡沫塑料是一种超轻的吸声材料。同时三聚氰胺泡沫塑料具有良好的隔热保温作用因此它又是一种良好的绝热材料。三聚氰胺泡沫塑料吸声特性曲线总体变化趋势为随着声

27、音频率的增加吸声系数也随着增大。2.2.2 影响三聚氰胺泡沫塑料吸声性能的因素影响三聚氰胺泡沫塑料吸声性能的因素,但从工程实用角度,主要是体积密度、背后条件、厚度、面层等因素；从材料的结构参数看,主要是孔隙率、流阻、结构因数,它提供了理论分析的依据。(1)三聚氰胺泡沫塑料层厚度的影响：增加三聚氰胺泡沫塑料的厚度，吸声第一共振频率向低频区方向移动，使得低频区的吸声系数变大对高频区的吸声系数的影响不大。随着三聚氰胺泡沫塑料的厚度不断增加，吸声系数的变化趋势也逐渐趋于平缓。三聚氰胺泡沫塑料的第一共振频率fr与厚度d可近似成反比，满足frd=常数。(2)三聚氰胺泡沫塑料密度的影响：三聚氰胺泡沫塑料当厚

28、度不变时，随着密度的增加，三聚氰胺泡沫塑料在低频中的吸声性能有所提升，但是密度过大会导致三聚氰胺泡沫塑料变得密实，空气穿透量下降，其吸声系数也随之降低。由此可知三聚氰胺泡沫塑料对于不同频率均存在着最优的密度值。(3)空气流阻的影响：流阻过大或过小都能使材料吸声特性降低，流阻Rf是用来表示声音传播时材料中的空气穿过孔隙间所受到的阻力。流阻率Rs表示单位厚度的流阻。流阻、流阻率存在Rf=Pu与Rs=1dPu关系。表达式中d表示三聚氰胺泡沫塑料的厚度，u为流通过三聚氰胺泡沫塑料的线速度，P为三聚氰胺泡沫塑料两边的压力差。(4)孔隙率的影响：三聚氰胺泡沫塑料孔隙率达70%-99%之间，其孔隙率为内部空

29、气体积与三聚氰胺泡沫塑料总体积之比，即P=VaVm其中P为孔隙率%，Vm为三聚氰胺泡沫塑料的总体积,Va为三聚氰胺泡沫塑料与大气相连通的空气体积。(4)背后空气层的影响：三聚氰胺泡沫塑料背后留有一定厚度的空气层，相当于增加了三聚氰胺泡沫塑料的厚度，不仅能够增加低频吸声系数，还可以节省材料。3 毕奥理论与VA One软件由于本文后续三聚氰胺泡沫塑料仿真实验中将多次使用Biot理论中的结论与公式及使用VA One仿真软件，为了表达方便，本章简要介绍Biot理论与VA One仿真软件。3.1 毕奥(Biot)理论毕奥理论中用弹性参数、毛孔参数和声学参数来描述多孔材料。用声学参数、毛孔参数来描述刚性多

30、孔材料。弹性参数包括杨氏模量、泊松比、固体密度，声学参数包括流体密度、定压比热、定容比热、流体动力粘度系数、流体热传导系数，毛孔参数包括孔隙率、流阻系数、毕奥因子、流体体积模量、曲折系数、特征粘性长度、特征热效长度。多孔材料的毕奥模型是在假设材料的各向异性处理等效各向同性；每点都定义相应固体的应力与流体的压力；材料的任何特征都远小于波长；小的位移能够使用弹性理论；流体是连续的；封闭的毛孔被认为是骨架的一部分，其中空气的运动不考虑等基础上建立起来的。根据biot理论可以得出流体饱和的孔隙弹性体满足应力-应变关系 =H-2Gu+CwI+G(u+uT) (3-1) -p=Cu+Mw (3-2)运动方

31、程 =u+fw 3-3 -p-fw-wFwk0=f+a12w 3-4表达式中u表示固相位移；w=(uf-u)表示渗流位移；表示孔隙度；p表示孔隙流体压强；uf表示平均流体位移；上标点号表示对时间的求导；表示单位张量；表示总体积的应用张量；表示为流体粘滞系数；Fw表示为粘滞修正系数；表示为地层密度；、与是孔隙介质的四个独立弹性常。通过声学流体的本构关系可以了解一个无限小的多孔材料块中的压力与材料体积变形量、流过材料块流量的关系 -p=QV+QS 3-5表达式中的表示多孔材料体积模量V=i(Uj-uj)为流体净流量，S=juj为体积变形，为毕奥常数。3.2 VAOne软件简介法国ESI Group

32、在2005年推出了VA One频段振动噪声分析软件，该软件利用边界元分析BEM，限元分析FEA，统计能量分析SEA及其混合分析集中在一个容易实现模拟的环境中。同时，VA One提供了一种统一可靠地进行全频谱范围的求解方式，将有限元、边界元和统计能量分析进行严格的耦合。3.2.1VAOne应用范围目前，VA One软件被广泛应用于各行各业，主要包括:(1)航空航天行业:商业、公务和军用飞机内部噪声设计;优化新轻质材料和构造的振动一声学性能;优化噪声控制处理设计来减重并提高燃料效率;定义随机振动，声学和冲击环境并规定运载火箭和卫星可接受的和限定级别;分析主要结构、卫星和关键飞行设备由于声学、随机振

33、动和冲击环境的响应。(2)汽车行业:为供应商创建系统级模型和组件级目标一设计更安静的发动机和机车部件;内部声学安装和阻尼处理执行重量/成本优化一诊断空气传播和结构传播通过白车身和部件;预测排气管，消声器和进风口的噪声辐射。(3)海军/船舶行业:创建船舶，潜艇和豪华游艇的系统级噪声和振动模型;设计降低水力和机械流动对声纳自身噪声的奉献;将信号噪声辐射降至最小并减少水下噪声辐射。(4)轨道交通:内部声学品质的设计;分析轮一轨交互作用，发动机和气动噪声;模拟列车经过噪声和城市噪声冲击;诊断传输路径并优化内部隔音材料。3.2.2 VA one应用过程l)通过输入CAD或者有限元软件中已经建好的模型文件

34、信息来建立FE或SEA子系统模型;在 VAone中直接选取假设干点来定义系统级结构子系统，创建和连接噪声振动模型。2)接下来是创建和应用各种材料属性及参数。首先创建各种材料及各材料的物理属性，再将其应用于相应的子系统中。除此之外，还需确定其它的一些重要参数，如内损耗因子，耦合损耗因子等，这些参数的值允许手动设置，也可以直接通过外部数据导入。这些数据都储存在 VAOne数据库中，可以很方便的直接调用。3)创建各子系统后，需要将声学子系统和结构子系统连接起来，使之成为耦合的完整的结构声振系统。在VA One中，只需点击“DoAutocotineet”，程序将自动完成整个系统的连接过程。在3D窗口中

35、，可以直接查看点连接、线连接及面连接的实体形象，并且可以手动编辑。4)定义声振激励，并将其加载到系统中指定部位，到此系统级声振仿真模型将完整建立起来。5)计算模型后，可以根据需要求解得到各种结果，这些结果都是通过频率函数或以图表形式显示，结果包括声压级、振速、吸声系数、模态密度、能量输入等。3.2.3 VA One核心模块介绍1低频软件分析VA One软件具有低频结构振动和噪音分析的功能，主要包括有限元法与间接边界元法等计算技术，同时VA One还提供了BEM-FEM混合方法，其与有限元法和间接边界元法结合起来为解决工程中的实际问题提供了有效的方法。VA One的低频结构振动与噪声分析主要包括

36、以下的几个模块：(1)Structural FE结构有限元：结构有限元模块，用户通过基于有限元求解器对随机振动分析功能，选择MSC.NASTRAN的求解器对结构随机振动的分析及前后处理器。该模块还提供了内置非结构网络划分功能以及模拟动态画面显示功能。(2)Cosmic Nastran求解器：Cosmic Nastran有限元求解器是一款通用的有元求解器，通过Cosmic Nastran求解器可以对材料的随机振动进行分析及对声音辐射进行分析。通过VA One软件还可以对有限元模型的整体模型状态、局部质量特性及频带内模型状态的数量直接求出。(3)Acoustic FE声学有限元：VA One软件提

37、供了内置非结构网络划分功能及声学有限元求解器，实现声腔的有限元分析功能。使用者可以使用该功能对空腔进行网络划分，并进行模型状态分析得到空腔模型状态参数。 (4)Acoustic BEM声学边界元：使用VA One软件可以对外声场和结构的声音辐射进行确定性的分析，主要是由于VA One软降提供了外声场确实定性分析通过间接边界单元实现的。通过外声场确实定性分析功能还能够得到外声场的声压级分布及压力传播的方向。2)高频软件分析VA One软件的高频分析功能，可以使用该软件的统计能量法实现结构动力相关问题的分析。该软件在继承AutouSEA2声学软件的有点及经过长时间的发展与突破，曾经要建立复杂的模型

38、需要好几天的时间才能完成，如今使用VA One软件可以再短短的几分钟内就可完成模型的建立，这样有效的缩短了建模的时、极大地调高了工作效率。3中频软件分析在低频段,一般采用有限元(FE)方法进行分析;而在高频段,一般采用统计能量分析方法(SEA)进行分析；由于中频段处于低频与高频之间，因此中频段分析一般使用FE-SEA方法进行分析，即将有限元方法与统计能量分析方法结合起来，建立混合模型，使用耦合求解器进行求解分析。VA One软件能够进行FE/VEM/SEA的耦合求解分析通耦合求解器提供的全频谱分析功能。4三聚氰胺泡沫塑料吸声特性的仿真设计使用VA One仿真软件中提供的原材料进行三聚氰胺泡沫塑

39、料吸声系数与三聚氰胺泡沫塑料厚度、密度、空气、空气流阻、孔隙率、背后空气层等因数之间的关系。首先打开VA One仿真软件如以下图4.1所示。图4.1VA One软件开始界面通过图4.1可以观察到VA One软件提供的泡沫类原材料，本文所研究的三聚氰胺泡沫塑料就在其中。4.1三聚氰胺泡沫塑料厚度对吸声系数的影响在VA One仿真软件提供的Noise control treatments噪音控制器中选择Treatment Lay-up功能，其界面如图4.2所示。图4.2噪音分析模块界面进入噪音分析模块设置相应得三聚氰胺泡沫塑料厚度，分别设置厚度为参数1mm、5mm、30mm、100mm得出三聚氰胺

40、泡沫塑料厚度与吸声系数之间的关系。如图4.3所示。图4.3三聚氰胺泡沫塑料厚度对吸声系数的影响通过图4.3可以观察到，三聚氰胺泡沫塑料的吸声系数随着三聚氰胺泡沫塑料厚度的增加而增加，但随着厚度的增加，吸声系数的增加逐渐趋于缓和。4.2三聚氰胺泡沫塑料密度对吸声系数的影响通过编辑VA One提供的三聚氰胺泡沫塑料的密度参数后，进行三聚氰胺泡沫塑料对噪音的分析，得出三聚氰胺泡沫塑料密度对吸声系数的影响。如图4.4所示的为编辑三聚氰胺泡沫塑料属性。图4.4编辑三聚氰胺泡沫塑料属性通过设置三聚氰胺泡沫塑料密度分别为7kg/m³、8.8kg/m³、10kg/m³、进行测试，

41、测试结果如图4.5所示。图4.5 三聚氰胺泡沫塑料密度对吸声系数的影响通过实验结果图可以观察到，随着三聚氰胺泡沫塑料密度的增加在一定范围类吸声系数增加但当密度增加到临界值时，随着密度的增加吸声系数减小。吸声系数随着频率的增大逐渐趋于缓和。4.3 三聚氰胺泡沫塑料背后空气层对吸声系数的影响由于在实际使用三聚氰胺泡沫塑料作为吸声器材时，为了能搞节省材料同时能搞到吸声的要求，因此需在三聚氰胺泡沫塑料背后添加空气层。通过设计不同的空气层厚度观察空气层对于三聚氰胺泡沫塑料吸声系数的影响。如图4.6所示为添加空气层并设计其空气层厚度为1mm。图4.6设置空气层模拟环境通过设置空气层的厚度为1mm、5mm、

42、10mm、20mm、30mm进行仿真，仿真结果如图4.7所示。图4.7空气层对吸声系数的影响通过实验结果可观察到随着空气层的增加吸声系数减小但随着频率的增加吸声系数逐渐趋于平缓。4.4 三聚氰胺泡沫塑料孔隙系数对吸声系数的影响通过设置三聚氰胺泡沫塑料的孔隙系数进行孔隙系数对于三聚氰胺泡沫塑料吸声系数的研究，对于生产三聚氰胺泡沫塑料吸声材料的吸声效果及对材料的使用量具有重要意义。分别使用孔隙系数为0.7、0.99、0.3、0.5、0.7进行模拟，其结果如图4.8所示。图4.8孔隙系数对三聚氰胺胺泡沫塑料吸声系数的影响通过图4.8可以发现随着孔隙系数的增大，三聚氰胺胺泡沫塑料吸声系数也随之增大，并

43、随着声音频率的增大，吸声系数的变化曲线更加明显。4.5三聚氰胺胺泡沫塑料功耗对吸声系数的影响通过比照不同的功耗能够有效的了解三聚氰胺胺泡沫塑料吸声材料的功耗对吸声系数的影响下，分别使用功耗为0.5、0.17、0.15、0.2、0.5进行模拟，其结果如图4.9所示，表示的为不同功耗对吸声系数VA One吸声模块分析图。图4.9功耗对三聚氰胺泡沫材料吸声系数的影响通过图可以观察到不用的功耗系数对于吸声系数随声音频率的增加而变化曲线一致。4.6粘滞系数对三聚氰胺胺泡沫塑料吸声系数的影响滞系数对于吸声系数有一定的影响，通过设置粘滞系数值，观察不同的粘滞系数对于吸声系数的影响，通过VA One仿真软件，

44、编辑三聚氰胺胺泡沫塑料基本参数中的粘滞系数，分别取以下一组数据，0.0008m、0.0001m、0.0002、0.0004m得到以下结果，如图4.10所示。图4.10粘滞系数对吸声系数的影响通过图4.10可观察到，随着粘滞系数的增大在一定范围内随着声音频率增大而增大，当超出一定范围的声音频率时将出现随粘滞系数增大而减小。4.7流阻率对三聚氰胺胺泡沫塑料吸声系数的影响分别使用流阻率为8000N.s/m3、10900 N.s/m3、12000 N.s/m3、170000 N.s/m3使用VA One仿真软件中的吸声仿真功能实现流阻率对吸声系数的影响，得出流阻率对吸声系数影响图，如图4.11所示。图

45、4.11流阻率对吸声系数的影响图通过实验结果观察到，吸声系数随着流阻率的增大而增大，在低频时流阻率对于吸声系数的影响较小，在低频阶段吸声系数随着频率的增大而变化明显，最终趋于平缓。5结 论吸声降噪在人们日常生活、工业生产以及军队领域具有重要意义,多孔材料是一类重要的吸声材料,对多孔材料吸声特性的仿真研究是具有实际意义的问题。本文在VAOne软件平台下,分析了多孔材料的吸声特性,并把所选三聚氰胺泡沫塑料铺设到某高速船具体部位,进行应用仿真分析,取得了一系列有意义的结论,任重而道远。本文重要工作内容如下:1)介绍了多孔材料的吸声原理、多孔材料的种类及其吸声特性、影响多孔吸声材料吸声性能的因素等;重点介绍多孔介质(Biot)的基本理论,同时对VAOne软件进行了简单的介绍,说明其基本功能和使用方法。2)首先利用Foam模块对六种常用多孔材料进行仿真并与实测值比较,发现在中高频范围仿真值与实测值基本吻合,低频范围稍有误差,可见利用VAone软件对多孔吸声材料仿真分析是具有可行性的。然后通过简易模型分析了三聚氰胺泡沫塑料的密度、孔隙率、厚度及背后空气层对其吸声特性的影响,分析得出:在相同条件下,随着材料孔隙率、厚度、空气层厚度的增大,吸声降噪效果提高;材料密度