搜索分享 | Workbench多孔材料声学JCA模型介绍
2017-04-12 by:CAE仿真在线 来源:互联网
多孔金属材料具有轻质、高比强度的优点,同时具有减振、换热、吸声、冲击能量吸声等特性,目前在声学领域中有较为广泛的应用。多孔金属材料基本声学参数的确定是声学材料的基本研究,是判断材料吸声性能、材料制作制备等的重要依据和前提。目前Workbench中提供了五种多孔材料模型,JCA、DLB、MIKI、ZPRO、CDV,本文就对Johnson-Chamoux-Allard 多孔声学模型进行介绍。
Johnson-Chamoux-Allard模型目前是最能准确刻画较宽频率范围内刚性骨架多孔金属材料吸声特性的一个广义声学模型。模型中包含五个材料基本宏观声学参数,同时,这五个基本参数均有比较清晰的物理意义。五个声学参数值分别为:
材料的流阻率(Flow resistivity);
孔隙率(Porosity);
曲折度(Tortuosityfactor);
粘性特征长度(Viscous);
热特征长度(Thermal characteristics lengths);
孔隙率
多孔材料的孔隙率定义为材料孔隙内的流体体积(
)与整个多孔材料的体积(
)之比:
注:多孔材料中孔内的流体体积不能计算在
内,只有开孔或者连通的孔内的流体才能被计算在
内。
材料的流阻率
流阻率直接反映材料的一些结构特性,流阻用于建立材料结构和材料的一些声学特性(如:衰减特性、吸声特性等)之间的关系,多孔材料的流阻率可以表示为
ΔP为试件两侧的压差,V为垂直流体经过试件的平均流速,平均流速V表示为V=Q/S,其中Q为流量,S为材料的横截面积
曲折度
曲折度与孔的截面形状无关,仅依赖于多孔材料骨架的几何构造,曲折度表示为:
其中L为孔的长度,ϕ为孔长度与厚度方向的夹角
粘性特征长度
模型中的粘性特征长度
、
热特征长度
热特征长度的概念是用来计算高频范围内多孔材料中空气的体积弹性系数,用以代表几何因素对有效体积弹性系数K的影响。
注:一般情况下上述参数通过试验难以测得,大多数时候是通过表面声阻抗、声压反射系数、吸声系数等测试进行反求获得。
JCA模型是基于BIOT理论考虑多孔介质粘性惯性效应和热耗散效应建立的,将孔隙形状默认为圆柱形,把刚性骨架的空气饱和多孔材料看作是具有同样动态密度和动态体积模量的等效流体。在Workbench中,安装Acoustic的ACT插件后,当选择JCA模型,下拉菜单中就会出现模型中对应需要输入的参数如下图所示,输入参数,就能使用JCA多孔模型对声学结构进行计算:
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