搜索分享 | Workbench多孔材料聲學JCA模型介紹
2017-04-12 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
多孔金屬材料具有輕質、高比強度的優點,同時具有減振、換熱、吸聲、沖擊能量吸聲等特性,目前在聲學領域中有較為廣泛的應用。多孔金屬材料基本聲學參數的確定是聲學材料的基本研究,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 多孔聲學模型進行介紹。
Johnson-Chamoux-Allard模型目前是最能準確刻畫較寬頻率范圍內剛性骨架多孔金屬材料吸聲特性的一個廣義聲學模型。模型中包含五個材料基本宏觀聲學參數,同時,這五個基本參數均有比較清晰的物理意義。五個聲學參數值分別為:
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:多孔材料中孔內的流體體積不能計算在
內,只有開孔或者連通的孔內的流體才能被計算在
內。
材料的流阻率
流阻率直接反映材料的一些結構特性,流阻用于建立材料結構和材料的一些聲學特性(如:衰減特性、吸聲特性等)之間的關系,多孔材料的流阻率可以表示為
ΔP為試件兩側的壓差,V為垂直流體經過試件的平均流速,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,僅依賴于多孔材料骨架的幾何構造,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多孔材料中空氣的體積彈性系數,用以代表幾何因素對有效體積彈性系數K的影響。
注:一般情況下上述參數通過試驗難以測得,大多數時候是通過表面聲阻抗、聲壓反射系數、吸聲系數等測試進行反求獲得。
JCA模型是基于BIOT理論考慮多孔介質粘性慣性效應和熱耗散效應建立的,將孔隙形狀默認為圓柱形,把剛性骨架的空氣飽和多孔材料看作是具有同樣動態密度和動態體積模量的等效流體。在Workbench中,安裝Acoustic的ACT插件后,當選擇JCA模型,下拉菜單中就會出現模型中對應需要輸入的參數如下圖所示,輸入參數,就能使用JCA多孔模型對聲學結構進行計算:
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