关键词：
粘弹性材料
复杨氏模量
声学阻抗管
吸隔声
可控脉冲
摘要：
粘弹性材料因其优良的阻尼性能在减振降噪相关工程中被广泛应用,对其力学参数的准确测试是对其进行合理应用的前提。同时水声材料也多为粘弹性材料,其吸声系数以及隔声量是评价水声材料声学性能的重要指标。复杨氏模量作为评价材料力学性能的重要指标,常常利用纵振动测试的方式获得;而声学阻抗管中的测试也是获取材料声学参数的重要手段。本文主要对基于纵振动的粘弹性材料复杨氏模量的测试方法以及声学阻抗管中的吸隔声的参数测试方法进行了分析,并针对现有测试方法的局限性进行了改进,提出了基于一次反射波提取的脉冲分离法、上端管双传声器波分解法、固定位置单传感器脉冲分离法等测试方法,对解决力学参数和声学参数测试中测量频段受限、测试过程繁琐、测试所用传感器数目较多等问题提供了重要的技术途径。首先在考虑样品棒横向尺寸以及粘弹性固体本构关系的基础上,对粘弹性细棒中纵波传播问题进行了详细的理论分析。同时,利用***软件结合MATLAB编写了适用于分析粘弹性棒中纵波传播的仿真程序,完成了粘弹性细棒中波传播的有限元分析。在此基础上,对现有测试方法进行了详细的理论推导,并针对其存在的测试效率低,低频测试效果不好,信噪比不足等问题进行了改进,提出了基于直达波提取的波速法,并通过仿真计算对比了不同的测试方法,验证了提出方法的可行性。搭建了基于纵振动测试的复杨氏模量测试平台,利用可控脉冲生成技术在激振器端头生成波形可控的宽带短脉冲信号,并利用生成的宽带脉冲进行了共振法、波速法以及基于直达波提取的波速法的测试。实验结果表明,共振法仅能获取离散共振频点处的参数,波速法虽然可在连续宽频范围内测试,但其无法对较低的频率进行测试,而基于直达波提取的波速法可对连续宽频范围内的参数进行测试,且其测试频率下限较低,可对200至6000Hz频率范围内的参数进行测试。在对声管内声场分析的基础上完成了传统的声管内吸隔声测试方法的理论推导,并针对吸声、隔声测试分别提出了改进的测试方法。传统的传递函数法以及传递矩阵法具有传感器失配修正以及半波长限制等问题,时域脉冲分离法有效地避免了这两方面因素的影响。但传统时域脉冲分离法并未有完善的理论分析,对于测点位置的选取并未深入讨论。本文对传统时域脉冲分离法进行了详细地理论推导,在此基础上,完成了不同测点位置处声压的分析,提出了更为优化的测试方法。对于吸声系数测试,针对传统脉冲法声管尺寸以及传感器间距限制等问题,提出了基于一次反射波提取的脉冲分离法,适用于窄传感器间距和小尺寸声管条件下的测试,可在直达脉冲、一次反射脉冲以及二次反射脉冲叠加的情况下分离出测试所需的直达脉冲和一次反射脉冲,在保留脉冲法优势的前提下,缩短了传统脉冲法所用声管的尺寸;同时,针对传统脉冲法测试过程中传感器移动问题,提出了固定位置单传声器吸声测试方法,将测试所需传感器数目以及测点数目均减少为一个,避免了测试过程中传感器的移动,简化了测试流程,为实际测试提供了便利。实验结果表明提出方法与标准方法测试结果吻合较好。对于隔声量测试,针对传统的四传声器法所需测点数目较多的问题,在传递函数法双传声器波分解的基础上,对隔声管上端管中的声波进一步分解,提出了基于上端管双传声器波分解的隔声量测试方法,将传统传递矩阵法以及传统波分解法所需的至少四个传声器以及两种不同末端,即共八组测试信号减少为至少两个传声器以及三种不同长度的后空腔,即至少六组测试信号;同时,在对传统脉冲时域分离的隔声量测试方法中的测点位置进行优化的基础上,提出了针对于隔声量测试的固定位置单传声器测试方法,在合理设计声管尺寸以及测点位置的基础上,仅利用单个传感器以及单个测点位置即可直接测试得到一次透射信号。为便于实验验证和后续的测试工作,设计了适用于多种吸隔声参数测试方法的空气声管,在空气声管中进行了新方法的实验验证,实验结果表明,提出的吸隔声参数测试方法测试结果和传统方法吻合较好,但相比于传统方法更为简便易行,具有实际应用价值。另外本文提出的固定位置单传感器测试方法,由于避免了传感器的移动,非常适用于水声管中的测试,完成了水声管中固定位置单水听器吸隔声参数测试方法的验证,并对其进行了不确定度分析,实验结果表明,这种方法所得结果与目前声管中的标准脉冲法的测试结果较为吻合,且该方法物理意义更为明确,操作更为简便。
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