搜索分享 | Workbench多孔材料聲學(xué)JCA模型介紹
2017-04-12 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
多孔金屬材料具有輕質(zhì)、高比強度的優(yōu)點,同時具有減振、換熱、吸聲、沖擊能量吸聲等特性,目前在聲學(xué)領(lǐng)域中有較為廣泛的應(yīng)用。多孔金屬材料基本聲學(xué)參數(shù)的確定是聲學(xué)材料的基本研究,是判斷材料吸聲性能、材料制作制備等的重要依據(jù)和前提。目前Workbench中提供了五種多孔材料模型,JCA、DLB、MIKI、ZPRO、CDV,本文就對Johnson-Chamoux-Allard 多孔聲學(xué)模型進(jìn)行介紹。
Johnson-Chamoux-Allard模型目前是最能準(zhǔn)確刻畫較寬頻率范圍內(nèi)剛性骨架多孔金屬材料吸聲特性的一個廣義聲學(xué)模型。模型中包含五個材料基本宏觀聲學(xué)參數(shù),同時,這五個基本參數(shù)均有比較清晰的物理意義。五個聲學(xué)參數(shù)值分別為:
材料的流阻率(Flow resistivity);
孔隙率(Porosity);
曲折度(Tortuosityfactor);
粘性特征長度(Viscous);
熱特征長度(Thermal characteristics lengths);
孔隙率
多孔材料的孔隙率定義為材料孔隙內(nèi)的流體體積(
)與整個多孔材料的體積(
)之比:
注:多孔材料中孔內(nèi)的流體體積不能計算在
內(nèi),只有開孔或者連通的孔內(nèi)的流體才能被計算在
內(nèi)。
材料的流阻率
流阻率直接反映材料的一些結(jié)構(gòu)特性,流阻用于建立材料結(jié)構(gòu)和材料的一些聲學(xué)特性(如:衰減特性、吸聲特性等)之間的關(guān)系,多孔材料的流阻率可以表示為
ΔP為試件兩側(cè)的壓差,V為垂直流體經(jīng)過試件的平均流速,平均流速V表示為V=Q/S,其中Q為流量,S為材料的橫截面積
曲折度
曲折度與孔的截面形狀無關(guān),僅依賴于多孔材料骨架的幾何構(gòu)造,曲折度表示為:
其中L為孔的長度,?為孔長度與厚度方向的夾角
粘性特征長度
模型中的粘性特征長度
、
熱特征長度
熱特征長度的概念是用來計算高頻范圍內(nèi)多孔材料中空氣的體積彈性系數(shù),用以代表幾何因素對有效體積彈性系數(shù)K的影響。
注:一般情況下上述參數(shù)通過試驗難以測得,大多數(shù)時候是通過表面聲阻抗、聲壓反射系數(shù)、吸聲系數(shù)等測試進(jìn)行反求獲得。
JCA模型是基于BIOT理論考慮多孔介質(zhì)粘性慣性效應(yīng)和熱耗散效應(yīng)建立的,將孔隙形狀默認(rèn)為圓柱形,把剛性骨架的空氣飽和多孔材料看作是具有同樣動態(tài)密度和動態(tài)體積模量的等效流體。在Workbench中,安裝Acoustic的ACT插件后,當(dāng)選擇JCA模型,下拉菜單中就會出現(xiàn)模型中對應(yīng)需要輸入的參數(shù)如下圖所示,輸入?yún)?shù),就能使用JCA多孔模型對聲學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算:
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