三聚氰胺泡沫的孔隙率对其吸声性能影响的仿真分析

琚林锋+林贤坤

摘 要：针对三聚氰胺泡沫的孔隙率对其吸声性能的影响规律进行有限元分析。基于典型单层环肋圆柱壳体有限元模型，在结构内壁敷设三聚氰胺泡沫材料的条件下，通过改变材料的孔隙率来研究声腔内部响应声压级变化规律。分析表明，三聚氰胺泡沫材料的孔隙率对其吸声性能影响较大且影响规律较明显。

关键词：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声特性，在车辆、船舶及航空航天等领域得到了广泛应用。为了在工程中能够科学合理地使用三聚氰胺泡沫材料，使其在吸声方面的效果得到较好地发挥，就需要研究三聚氰胺泡沫材料的吸声特性的影响因素。

近年来外许多学者对三聚氰胺材料泡沫材料吸声特性影响因素进行了研究。苑改红等[1]通过驻波管试验对三聚氰胺泡沫材料的吸声性能进行了测定，分析了材料厚度、密度对其吸声性能的影响。刘恺等[2]通过VA One软件平台，分析了三聚氰胺泡沫材料的密度、孔隙率及厚度对其吸声性能的影响。

2 三聚氰胺泡沫材料的结构及参数

三聚氰胺泡沫材料又称蜜胺泡沫材料，是以三聚氰胺/甲醛树脂液为原料经过发泡工艺得到的一种有机泡沫材料。三聚氰胺泡沫材料是典型的多孔材料，该材料具有大量微小的间隙和相互连通的孔洞，所以通气性较好。本文采用国产“绿寰宇”三聚氰胺泡沫材料，其参数如表1所示。

3 仿真建模

为了减小结构形状对于材料吸声性能的影响，采用单层环肋圆柱壳体结构内壁敷设三聚氰胺泡沫材料进行仿真分析。

通过HYPERMESH中建立圆柱壳体结构及声腔包络网格，并在Virtual.Lab Acoustic声学软件中定义腔内声学单元与结构的单元的耦合，并以外声腔外表面建立自动匹配（AML）层。仿真声源的载荷数据取实验测试的外部载荷功率谱，将声源呈圆周状均匀分布在圆柱结构模型周围叠加形成混响场。仿真模型如图1所示。

4 材料参数对吸声性能的影响分析

三聚氰胺泡沫的参数包含了声学参数（孔隙率、流阻等）及弹性参数（弹性模量、泊松比等），大量研究表明多孔材料的孔隙率对其吸声特性影响较大，故本文对三聚氰胺泡沫材料的孔隙率对材料吸声特性的影响规律进行研究。

孔隙率的影响：

研究材料的吸声性能随孔隙率参数改变的影响规律。选取了孔隙率分别为90%、95%、99%的材料参数进行仿真分析，图2为敷设不同孔隙率的三聚氰胺泡沫的內部响应声压级曲线。从图中看出，孔隙率的变化对共振频率点位置没有产生影响。在0-250Hz频段内，不同孔隙率下的声压级曲线基本重合，表明孔隙率的改变对声腔声压级的影响较小；而在250-1000Hz频段内，孔隙率的改变对声腔声压级的影响逐渐明显，且声腔声压级随着孔隙率的增大而减小，说明在此频段内，材料的孔隙率越高，其吸声性能越好。

5 结论

基于典型单层环肋圆柱壳体仿真模型，研究了三聚氰胺泡沫材料的材料参数对其吸声性能的影响规律。主要讨论了其孔隙声率的影响，得出了如下结论：（1）在低频区，结构共振作用明显，材料参数的变化对内部响应声压级影响不大。（2）孔隙率主要影响中高频声波的吸收，一般来说，孔隙率越大，材料在高频阶段内的吸声性能越好，声波吸收就越多。

参考文献：

[1]苑改红，王宪成，侯培中等.三聚氰胺泡沫塑料的吸声性能[J]. 机械工程材料，2007，31（09）：55-57.

[2]刘恺，吴卫国，邱斌.基于VA One的泡沫塑料吸声性能的仿真研究[J].交通科技，2010（02）：109-112.

作者简介：琚林锋（1989-），男，在读研究生。