[发明专利]一种多孔橡胶材料构件及其全频程振动声学性能分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多孔橡胶材料构件及其全频程振动声学性能分析方法。

背景技术

橡胶是一种具有粘弹性的结构振动阻尼材料，而多孔橡胶材料构件除了具有抑制振动的阻尼性能外，还具有隔声、吸声、耐热、耐寒、阻燃等优良性能，因而非常适合用作大型装备的减振降噪执行构件。国内外科学家早在上世纪30年代末，就开始了多孔橡胶材料及其声学性能的研究。然而，之前的研究工作，主要集中在多孔橡胶材料的吸声性能方面。关于其声传递损失的研究，公开发表的文献不多。本发明所展示的研究结果，提出一种带有无孔薄覆盖层的多孔橡胶板构件，对多孔橡胶材料构件声振动-声学性能，进行了系统研究，给出了在16～8000Hz的频率范围，多孔橡胶材料构件的声传递损失性能和声辐射效率数值分析的研究结果。

传统的有限元分析方法(Finite Element Analysis-FEA)和统计能量分析方法(Statistical Energy Analysis-SEA)，能够较好地分别分析计算低频和高频范围内的振动和声的响应，但是这两种方法均不能有效地对中频区域的振动和声响应进行预测。为了建立低频和高频之间的过渡关系，更好地分析中频段的振动和声响应问题，许多学者致力于研究有限元-统计能量分析混合方法(Hybrid FE-SEA Method)。1999年，Langley和Bremner基于模态叠加的原理，结合传统的模糊结构理论及SEA方法，提出了FE-SEA混合方法的基本理论。2005年，Langley和Shorter在前述基于模态的FE-SEA混合法的基础上，提出了基于波动理论的FE-SEA混合方法，并对FE-SEA结构-声腔耦合系统进行了计算与分析。

发明内容

本发明为了满足潜艇等重要装备对高性能减振降噪执行构件的应用需求，提供了一种具有较高吸声和隔声性能、耐压性能好、移动阻力小的多孔橡胶材料构件及其全频程振动声学性能分析方法。

本发明的技术方案：

一种多孔橡胶材料构件，其特征在于：包括一体结构的薄覆盖层和开孔吸声层，所述薄覆盖层和开孔吸声层均是橡胶材料，所述开孔吸声层的开孔是盲孔。

本发明采用的全频程振动声学性能分析方法，是采用有限元-统计能量混合分析方法对所述多孔橡胶材料构件的振动声响应的相关参数进行数值分析，所述相关参数包括流体属性、流体-弹性体耦合特性、弹性体属性，所述流体属性包括：流体密度、声音在流体中的传播速度、动态粘度、绝热指数、普朗特数；所述流体-弹性体耦合特性则包括：流阻、开孔率、弯曲度、粘性特征长度、热特性长度；所述弹性体属性包括：弹性体密度、弹性体杨氏模量、萡松比、损耗因数；并通过改变开孔率、孔径宏观参数、弹性模量以及材料密度的数值来观察所述多孔橡胶材料构件的振动声学性能的变化；其分析步骤如下：

A.建立多孔橡胶材料构件的有限元-统计混合分析模型，所述薄覆盖层是有限元模型，所述开孔吸声层是以噪声控制处理的形式，敷设到有限元模型上，所述多孔橡胶材料构件的孔腔、声辐射的半无限自由声场、激励橡胶板的散射声场均采用统计能量分析模型；

B.构建统计能量分析模型的直接场动态刚度矩阵，将直接场动态刚度矩阵耦合到有限元模型中，以产生整体动态刚度矩阵D_tot；

C.根据公式(1)，(2)和(3)，计算公式(4)，得出功率平衡方程中出现的不同项；