泡沫铝板降低噪声的研究

    随着近代工业的发展，噪声污染已成为对人类的一大危害。工厂的各种设备产生的噪声声级一般较高，不仅对机器设备产生危害，还会对工人及周围居民带来较大影响。为了降低噪声，提高机器的工作性能，改善工作环境，寻求解决和治理机器设备噪声的有效方法是十分必要的。利用多孔泡沫材料在噪声传播途径中来控制噪声就是研究的热点之一，泡沫铝具有阻尼性、吸声性、隔声性、散热性、轻质性等优良性能，因此可研究将泡沫铝复合板作为箱体材料来减小噪声，同时其质量、散热性等方面也可得到很大的改善。

    1泡沫铝复合板的传声损失计算

    在对泡沫铝复合板进行理论分析时，首先假设:

    (1) 泡沫铝层与金属板层在弯曲振动时具有相同的曲率，可忽略相对伸长;

    (2) 各层具有相同的振动模态，可忽略振动过程中各层厚度的变化;

    (3) 泡沫铝复合板为无限长。

    如图 1 所示，泡沫铝复合板( 双层) 为无限长、单位宽，复合板弯曲变形后由凹入一侧的缩短 ， 连续地改变为凸出一侧的伸长 ， 其中长度不变的位置层称为中性层。复合板中性层的位置和均质板有所不同，一般不在板厚的中心。设图 1 中 X 轴位置为复合板的中性层， 且其与泡沫铝板和金属板层界面之间的 Y 向距离为 h。各层参数为质量密度 ρi，厚度 Hi，复弹性模量Ei＊(i = 1，2) ，因为单一金属的损耗因子约在10－ 4量级，而泡沫铝材料的损耗因子约在 10－ 2量级，因此可忽略金属板层的损耗，有 E1＊= E1，吻合效应包括弯曲吻合效应和剪切吻合效应。由于工业中作为箱体材料的阻尼复合板多为薄板件，其剪切吻合频率一般远高于可听声的频率上限，故此只考虑弯曲吻合效应。相应的临界吻合频率为[ 1 ]:

    式中: fc为复合板的临界吻合频率，Hz; c0为空气中的声速，m /s; B 为复合板的弯曲刚度，N /m; ms为复合板的组合面密度，kg /m2; ρ1为金属板的密度，kg /m3;ρ2为泡沫铝板的密度，kg /m3; H1为金属板的厚度，mm; H2为泡沫铝板的厚度，mm。

    根据复刚度法推导出泡沫铝复合板的实际弯曲刚度为:

    式中: B1为金属板的弯曲刚度，N /m; B1=112E1H13; η为泡沫铝复合板的结构损耗因子，反映其阻尼特性; β为泡沫铝材料的损耗因子; e 为模量比，e = E2/ E1; k为厚度比，k = H2/ H1; E为金属板的弹性模量，Pa; E2为泡沫铝板的弹性模量，Pa。

    由等效参数法与 Chonan ＆ Kugo 理论计算出的隔声量 TL 值在 100Hz ～ 10kHz 频率范围内十分接近，所以等效参数法适于薄板件隔声结构的 TL 值计算[ 2 ]。因此本文根据等效参数法将式(2) 与式(3) 代入式(1) ，即可得到泡沫铝复合板的弯曲合临界频率: