泡沫铝吸声性能及在鱼雷上的应用研究

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泡沫铝是一种新型多功能孔结构材料,其通过多孔相与金属基体的复合生成的多孔结构使其具有许多优良的性能。作为结构和功能材料具有轻质、高比强度、吸声、隔声、隔热、散热、电磁屏蔽等优异的特点,可开发应用于消音器、过滤器、减震器、散热器、催化剂载体和装饰材料以及特殊性能复合材料等方面。因而泡沫铝受到了国内外的广泛关注,它的某些独特性能还有待进一步的研究,为此本文对泡沫铝的性能作了进一步的研究,为泡沫铝的广泛应用提供理论依据。本文重点对泡沫铝的吸声性能进行了研究,通过渗流铸造法制备不同孔结构的泡沫铝试样并对其进行了吸声性能的测试及优化分析研究,获得吸声性能最佳的泡沫铝结构工艺参数,以此参数为依据制备泡沫铝板材,并对泡沫铝板材加装于鱼雷海水泵表面的吸声降噪性能进行测试研究,从而为泡沫铝应用于潜艇的鱼雷上提供理论依据。研究结果如下:(1)采用渗流铸造法制备多孔泡沫铝,关键是填料粒子的选择和造型方法。根据渗流工艺的特点,填料粒子应选择具有耐火、强度高、容易清理和化学性能稳定的材料。本试验采用NaCl作为填料粒子,通过盐粒的不同比例混合和不同的排列方式制备了不同孔结构的泡沫铝试样。(2)本文采用驻波管法测试了单一孔结构、混合孔结构、梯度孔结构和周期孔结构的泡沫铝试样在250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz、4000Hz、6000Hz、10000Hz的频率下的吸声系数,发现不同孔结构的泡沫铝在中高频区吸声效果最佳,在高频区次之,在低频区较差。(3)不同孔结构的泡沫铝试样中,孔径尺寸为0.8~1.1mm,孔隙率为65%的单一孔结构泡沫铝试样具有最佳的吸声性能,其次为具有梯度孔结构的泡沫铝试样,再次为具有混合结构和周期结构的泡沫铝试样,吸声性能最差的为孔径尺寸为3.2~2.2mm,孔隙率为65%的单一孔结构泡沫铝试样。(4)当泡沫铝试样孔隙率和高度相同时,具有梯度结构的泡沫铝试样的吸声性能要优于具有混合结构和周期结构的泡沫铝试样,而混合结构泡沫铝的吸声性能与周期结构泡沫铝的吸声性能几乎接近。梯度结构的泡沫铝吸声性能与声波入射方向有关,声波从大孔进入小孔传出的吸声性能要优于声波从小孔进入大孔传出的吸声性能。周期结构的泡沫铝提高了在高频区的吸声性能,而降低了在低频区的吸声性能。(5)以开孔泡沫金属的吸声机理为背景进行研究,通过吸声性能的对比和正交试验以及泡沫铝微结构的粘滞作用和热传导作用分析发现:泡沫铝的吸声性能与孔径尺寸的大小、孔隙率、孔径的分布等因素有着直接的关系,各个因素中,孔径尺寸的大小对泡沫铝吸声性能的影响最大,其次为泡沫铝的孔隙率,再次为泡沫铝的孔径分布,但泡沫铝的高度对泡沫铝的吸声性能影响不大。若泡沫铝孔径尺寸较小,则泡沫铝的内部结构较复杂,当声波进入孔隙内部时与孔壁的摩擦以及碰撞次数增加,从而更多地把声能转化为热能耗散掉,达到了吸声的目的。(6)模拟研究了孔径尺寸为1.1~0.8mm,孔隙率65%的泡沫铝板材加装于鱼雷海水泵表面的吸声降噪性能。测试了模拟鱼雷海水泵工装表面加装泡沫铝与未加装泡沫铝的吸声降噪性能。结果发现:加装泡沫铝后比未加装泡沫铝的吸声降噪综合值达到6dB,不同频率下的吸声降噪值不同,最高可达15dB,由此可表明开孔型泡沫铝对于鱼雷海水泵的吸声降噪的应用是可行的。
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