唐振正， 崔承勛

( 延邊大學 工學院， 吉林 延吉 133002 )

0 引言

泡沫鋁作為一種新型材料，具有良好的減震、阻尼、吸音、隔聲、散熱、吸收沖擊能等性能，但由于其本身強度不高，因此難以單獨作為吸能結(jié)構(gòu)件[1].為了提高泡沫鋁的強度，黃小清等[2]研究了泡沫鋁的初始密度、孔徑和試件尺寸大小等因素對其力學性能的影響，得出泡沫鋁應力-應變關系主要由初始密度決定，即初始密度越大泡沫鋁的屈服強度越高.王耀琦[3]研究了由梯度泡沫鋁填充脹環(huán)結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的復合結(jié)構(gòu)的性能，結(jié)果表明其減振、抗緩沖性能優(yōu)于脹環(huán)結(jié)構(gòu).陳明營等[4]將泡沫純鋁基體變?yōu)殇X合金基體，并向基體中加入非金屬硬質(zhì)顆粒、纖維等，結(jié)果表明添加非金屬對泡沫鋁材料的性能有顯著提升.目前，泡沫鋁復合與其他材料的隔聲性能的對比尚未有文獻報道.基于此，本文將擠壓鋁板和泡沫鋁板組成不同厚度的泡沫鋁復合板，并對泡沫鋁復合板與其他材料的隔聲量進行了對比.

1 泡沫鋁復合板傳聲理論分析

泡沫鋁復合板具有耐火、耐高溫、吸聲、吸熱及高強度等特點，被廣泛應用于緩沖、減震、隔聲、保溫以及環(huán)保等領域[5].圖1為泡沫鋁復合板的橫截面示意圖，圖中間為多孔金屬泡沫鋁，兩邊為鋁板.

圖1 泡沫鋁復合板的橫截面示意圖

圖2為泡沫鋁復合板示意圖.圖2中σ為外層板的面密度，d0為泡沫鋁板的厚度，p0、p1、p2、p3為各表面的聲壓，Z1、Z2、Z3為各表面的聲阻抗.

圖2 泡沫鋁復合板模擬圖

Z3為空氣介質(zhì)的阻抗，其計算公式為：

Z3=ρ0c0.

(1)

Z3對應于初始點的值，用ZT來表示：

(2)

ε=arctan h (Z0/ZT).

(3)

根據(jù)式(2)和式(3)可以得到：

Z2=ρ0c0-iωσ,

(4)

Z1=Z0coth(bd0+ε).

(5)

用p0表示泡沫鋁復合板前方的聲壓， 用p3表示透過泡沫鋁復合板的聲壓，則結(jié)構(gòu)的隔聲量為p0/p3.

首先計算聲壓值的相互關聯(lián).根據(jù)慣性質(zhì)量層的運動方程以及阻抗的定義，可得

(6)

利用相同的辦法把p1和p2聯(lián)系起來，則層中的聲壓可以記為

p=2Acosh(bz+ε),

(7)

其中A為常數(shù)，z為垂直于層面上的量度坐標.

由式(3)—式(7)可得

(8)

由于前鋁板的p0、p1的轉(zhuǎn)換效果與后鋁板的p2、p3的轉(zhuǎn)換效果類似，所以可得

(9)

(10)

2 泡沫鋁復合板的隔聲量測定

本文主要根據(jù)《聲學 建筑和建筑構(gòu)件隔聲測量 第3部分：建筑構(gòu)件空氣聲隔聲的實驗室測量》(GB/T 31004.1—2014)的相關規(guī)定對泡沫鋁復合板的隔音效果進行測定.表1為泡沫鋁復合板試件A、B、C、D的技術參數(shù).

表1 試件A、B、C、D的技術參數(shù)

2.1 泡沫鋁復合板試件A、B的隔聲量測定

通過勁度實驗，得試件A的勁度要高于試件B.試件A、B的隔聲量測定結(jié)果如圖3所示.由圖3中的折線可知，試件A、B的隔聲量符合質(zhì)量定律，并且試件A、B在250 Hz和500 Hz時分別發(fā)生一階共振和二階共振.

圖3 試件A、B的隔聲量

2.2 泡沫鋁復合板試件C、D的隔聲量測定

通過勁度實驗，測得試件D的勁度高于試件C.試件C、D的隔聲量測定結(jié)果如圖4所示.由圖4中的折線可知，當頻率低于700 Hz時，試件C、D的隔聲量符合質(zhì)量定律，并且試件C、D在160 Hz和400 Hz時分別發(fā)生一階共振和二階共振，且這兩處的隔聲量出現(xiàn)下降.

圖4 試件C、D的隔聲量

2.3 泡沫鋁復合板試件A、C的隔聲量對比

圖5為試件A、C的隔聲量對比圖.圖5中的折線表明，試件C的隔聲性能高于試件A.由于試件C的面密度高于試件A(表1)，因此可知板的面密度能夠影響隔聲性能.

圖5 試件A、C的隔聲量

2.4 泡沫鋁復合板與其他材料的隔聲量對比

選用膠合板(plywood)和諾美克斯蜂窩板(nomex honeycomb)與泡沫鋁復合板(試件A)進行隔聲量對比，各材料的參數(shù)如表2所示.

表2 不同材料的技術參數(shù)

圖6為膠合板與泡沫鋁復合板的隔聲量對比圖.從圖6可以看出，兩種材料的隔聲量相似.從兩種材料的物理性能來看，膠合板的面密度、厚度高于泡沫鋁復合板，但其勁度較低：所以從綜合考慮來看，泡沫鋁復合板的隔聲性能優(yōu)于膠合板.

圖6 泡沫鋁復合板與膠合板的隔聲量對比

圖7為諾美克斯蜂窩板與泡沫鋁復合板的隔聲量對比圖.從圖7可以看出，泡沫鋁復合板的隔聲量始終高于諾美克斯蜂窩板.從兩種材料的物理性能來看，諾美克斯蜂窩板的面密度和厚度低于泡沫鋁復合板，且勁度過低，不能承受過大的彎曲應力：所以，無論在隔聲性能上，還是在物理性能上，泡沫鋁復合板都要優(yōu)于諾美克斯蜂窩板.

圖7 泡沫鋁復合板與諾美克斯蜂窩板的隔聲量對比

3 結(jié)論

將泡沫鋁復合板的隔聲量與膠合板和諾美克斯蜂窩的隔音量進行了對比，結(jié)果表明泡沫鋁復合板的隔音性能優(yōu)于這兩種材料，且泡沫鋁復合板的隔聲性能隨著面密度和厚度的增加而增強.本文所得結(jié)果可以為泡沫鋁復合板的隔聲應用提供參考.本文在實驗中沒有考慮泡沫鋁孔隙的大小對隔聲量的影響，今后將進一步研究泡沫鋁孔隙大小對隔聲性能的影響.