纤维基复合吸声体的结构设计及中低频降噪性能调控研究

来源 :天津工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hdme1958
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噪声污染被认为是威胁人类健康的第四大污染。传统声学材料大多通过多孔吸声或共振吸声实现降噪功能。多孔吸声机制对频率较高的声波作用效果显著,所以传统多孔吸声材料的高频吸声性能优异,但中低频吸声效果往往较差。基于共振吸声机制的薄板、穿孔板等常规降噪板材可实现中低频吸声,但其吸声频带窄,只对特定频率噪声有效。在生活场景中,由于墙体阻隔作用,进入室内的多是中低频噪声,更重要的是,人耳对1000~3000 Hz的噪声最敏感。因此,实现对中低频噪声的高效宽域吸收,对提高人们生活品质有重要意义。本研究以纤维集合体的多孔吸声机制为基础,融合共振吸声机制和阻尼降噪机制构建具有多元化吸声机制的纤维基复合吸声结构体,实现轻质薄型柔性纤维结构体在较宽波段上对噪声的高效吸收,并探究了纤维基复合吸声结构体的降噪机制。(1)基于纤维集合体的多孔结构设计制备了双梯度降噪纤维结构体,在纤维集合体中形成声学功能填料梯度分布与孔隙结构梯度分布,研究发现该结构体表现出显著的双面异性声学性能;声波入射方向与声学功能填料分布梯度方向相反时,吸声性能显著提升,吸声系数最高可达0.942,约为对照样的2倍,而声波入射方向与声学功能填料分布梯度方向相同时,隔声性能提升更显著,隔声量最高可达37 d B,最大提升效果为对照样的30倍。(2)结合膜共振吸声理论设计制备了轻质柔性膜复合纤维结构体,研究发现该结构体存在不对称吸声效应;声波从薄膜面入射时,结构体产生显著的膜共振吸声,吸声系数提高至0.995,约为对照织物的5.6倍。(3)引入穿孔共振结构吸声理论设计制备了穿孔膜复合纤维结构体,结果显示该结构体具有显著的低频效应,有效吸声频段向低频移动,最小可到1205Hz;同时调节穿孔结构参数可实现对中低频噪声的高效吸收,吸声效果最大提升为对照样的3.5倍。(4)融合多孔吸声和共振吸声机制,建立了柔性微穿孔膜的声阻抗率模型,设计并制备了梯度微穿孔膜层合纤维结构体,研究发现该结构体具有优异的宽域吸声性能,其有效吸声频率能够移至低频段,可到350 Hz。
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