三聚氰胺泡沫的孔隙率對其吸聲性能影響的仿真分析

琚林鋒+林賢坤

摘 要：針對三聚氰胺泡沫的孔隙率對其吸聲性能的影響規律進行有限元分析。基于典型單層環肋圓柱殼體有限元模型，在結構內壁敷設三聚氰胺泡沫材料的條件下，通過改變材料的孔隙率來研究聲腔內部響應聲壓級變化規律。分析表明，三聚氰胺泡沫材料的孔隙率對其吸聲性能影響較大且影響規律較明顯。

關鍵詞：三聚氰胺泡沫材料；有限元分析；孔隙率

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.247

1 引言

三聚氰胺泡沫材料具有良好的吸聲特性，在車輛、船舶及航空航天等領域得到了廣泛應用。為了在工程中能夠科學合理地使用三聚氰胺泡沫材料，使其在吸聲方面的效果得到較好地發揮，就需要研究三聚氰胺泡沫材料的吸聲特性的影響因素。

近年來外許多學者對三聚氰胺材料泡沫材料吸聲特性影響因素進行了研究。苑改紅等[1]通過駐波管試驗對三聚氰胺泡沫材料的吸聲性能進行了測定，分析了材料厚度、密度對其吸聲性能的影響。劉愷等[2]通過VA One軟件平臺，分析了三聚氰胺泡沫材料的密度、孔隙率及厚度對其吸聲性能的影響。

2 三聚氰胺泡沫材料的結構及參數

三聚氰胺泡沫材料又稱蜜胺泡沫材料，是以三聚氰胺/甲醛樹脂液為原料經過發泡工藝得到的一種有機泡沫材料。三聚氰胺泡沫材料是典型的多孔材料，該材料具有大量微小的間隙和相互連通的孔洞，所以通氣性較好。本文采用國產“綠寰宇”三聚氰胺泡沫材料，其參數如表1所示。

3 仿真建模

為了減小結構形狀對于材料吸聲性能的影響，采用單層環肋圓柱殼體結構內壁敷設三聚氰胺泡沫材料進行仿真分析。

通過HYPERMESH中建立圓柱殼體結構及聲腔包絡網格，并在Virtual.Lab Acoustic聲學軟件中定義腔內聲學單元與結構的單元的耦合，并以外聲腔外表面建立自動匹配（AML）層。仿真聲源的載荷數據取實驗測試的外部載荷功率譜，將聲源呈圓周狀均勻分布在圓柱結構模型周圍疊加形成混響場。仿真模型如圖1所示。

4 材料參數對吸聲性能的影響分析

三聚氰胺泡沫的參數包含了聲學參數（孔隙率、流阻等）及彈性參數（彈性模量、泊松比等），大量研究表明多孔材料的孔隙率對其吸聲特性影響較大，故本文對三聚氰胺泡沫材料的孔隙率對材料吸聲特性的影響規律進行研究。

孔隙率的影響：

研究材料的吸聲性能隨孔隙率參數改變的影響規律。選取了孔隙率分別為90%、95%、99%的材料參數進行仿真分析，圖2為敷設不同孔隙率的三聚氰胺泡沫的內部響應聲壓級曲線。從圖中看出，孔隙率的變化對共振頻率點位置沒有產生影響。在0-250Hz頻段內，不同孔隙率下的聲壓級曲線基本重合，表明孔隙率的改變對聲腔聲壓級的影響較小；而在250-1000Hz頻段內，孔隙率的改變對聲腔聲壓級的影響逐漸明顯，且聲腔聲壓級隨著孔隙率的增大而減小，說明在此頻段內，材料的孔隙率越高，其吸聲性能越好。

5 結論

基于典型單層環肋圓柱殼體仿真模型，研究了三聚氰胺泡沫材料的材料參數對其吸聲性能的影響規律。主要討論了其孔隙聲率的影響，得出了如下結論：（1）在低頻區，結構共振作用明顯，材料參數的變化對內部響應聲壓級影響不大。（2）孔隙率主要影響中高頻聲波的吸收，一般來說，孔隙率越大，材料在高頻階段內的吸聲性能越好，聲波吸收就越多。

參考文獻：

[1]苑改紅，王憲成，侯培中等.三聚氰胺泡沫塑料的吸聲性能[J]. 機械工程材料，2007，31（09）：55-57.

[2]劉愷，吳衛國，邱斌.基于VA One的泡沫塑料吸聲性能的仿真研究[J].交通科技，2010（02）：109-112.

作者簡介：琚林鋒（1989-），男，在讀研究生。