声学仿真分析基础

魔镜

材料参数是仿真分析的基础，声学分析也不例外。声学分析的材料可以分为几大类：①多孔材料，例如毛毡、吸音棉、PU等；②固体材料，例如EPDM、EVA、钢板、铝板、塑料等；③其它材料，例如薄膜材料等。每一类材料的声学仿真参数也是不同的。

在了解多孔材料声学仿真参数之前，我们需要先了解一下相关理论——毕奥Biot理论。毕奥（Biot）在1956年建立了粘滞液体饱和孔隙介质唯象力学波动理论，此理论主要研究领域以饱和多孔介质波动方程为主导，毕奥理论假定流体在孔隙中为渗流情况，流体运动方向、波动方向将会一致，多孔介质中的快纵波、慢纵波和切变波将会在运动中衰减。有了此理论作为基础，一些实际应用问题得到解决，例如声波折射、反射。车辆的声学包各种吸声材料是不同材料组成，分为各种层级，目前的声学参数处理软件是基于Allard的多孔介质理论开发的，Allard理论是在毕奥理论基础上建立并在应用上进行了进一步地发展，进而根据Johnson-Champoux-Allard (JCA) 模型最后得到声学材料的9大参数。

（1） 孔隙率φ (porosity) ：多孔介质内的微小空隙所占的总体积与该多孔介质总体积的比值。

（2） 静态流阻率σ (static flow resistance) ：在稳定气流状态下，单位厚度上加在吸声材料样品两边的压力差与通过样品的气流线速度的比值。（单位：Rayls/m或N.s/m4）。

（3） 几何弯折系数α∝ (tortuosity) ：声波通过多孔材料实际穿过的路径与直线路径的长度（材料厚度）的比值。

（4） 粘性特征长度∧ (viscous characteristic length) ：描述粘性耗散效应，用多孔材料中较小的孔的平均半径值来计算。（单位：m）

（5） 热特征长度∧’  (thermal characteristic length) ：描述热耗散效应，用多孔材料中较大孔的平均半径值来计算。（单位：m）

（6） 密度ρ1 (density) ：单位体积内物质的质量。（单位：kg/m3）

（7） 杨氏模量E (Young’s modulus) ：固体材料抵抗形变能力的物理量。

（8） 泊松比υ (Poisson’s ratio) ：材料在比例极限范围横向应变与纵向应变的比值。

（9） 阻尼损耗因子η (damping coefficient) ：描述材料消耗振动机械能量的能力（一般是把机械能转化为热能)。

与固体材料不同的是，多孔材料的杨氏模量、泊松比和阻尼损耗因子一般需要通过振动测试获得。