基于Biot理論的電磁流變液吸聲特性研究.pdf

1、電磁流變液是一類重要的智能軟物質(zhì)，在外加電場或磁場作用下，其內(nèi)部懸浮顆粒形成沿外加場方向的有序結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致流變性能的巨變，且這種變化是可逆的。除了流變性能發(fā)生改變，由于電磁流變液的結(jié)構(gòu)的變化，其諸多物理特性，如光學(xué)性能、聲學(xué)性能等，都出現(xiàn)了外場可控的變化，這一特性使得電磁流變液在各個(gè)領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。本文在對電磁流變液內(nèi)部顯微結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，提出將電磁流變液作為一種聲傳播媒質(zhì)，圍繞電磁流變液聲傳播機(jī)理、復(fù)合結(jié)構(gòu)聲學(xué)特性以及變化

2、阻抗耦合層等方面，進(jìn)行了理論建模和數(shù)值計(jì)算以及實(shí)驗(yàn)測試等方面的研究和探討。論文的主要工作如下：
　　提出了以電磁流變液作為一種性能可控的聲傳播媒質(zhì)，為新型水下吸聲材料的研究提供了理論基礎(chǔ)。以懸浮液散射理論為基礎(chǔ)，建立無外場作用下電磁流變液中的聲學(xué)模型；以 Biot理論為基礎(chǔ)，建立了外加場作用下聲波在電磁流變液中傳播模型。將電磁流變液外場作用下形成的場致微結(jié)構(gòu)等效為液體飽和的多孔結(jié)構(gòu)，建立了以電磁流變液流變學(xué)動(dòng)態(tài)測試結(jié)果和離散松弛譜

3、理論相結(jié)合，獲取其全頻段動(dòng)態(tài)剪切模量的等效處理方式。通過數(shù)值計(jì)算，對比了有、無外場作用下的電磁流變液層吸聲特性，結(jié)果表明，外場作用下，聲波在電磁流變液層內(nèi)的耗散更多，說明了電磁流變液作為吸聲介質(zhì)的可行性。
　　研究了聲波在由流固兩相多孔材料復(fù)合結(jié)構(gòu)中的傳播理論，討論了不同流阻多孔材料的布局方式，并提出了利用多孔材料共振特性提高復(fù)合結(jié)構(gòu)整體吸聲性能的優(yōu)化思路。建立了含電磁流變液層的復(fù)合結(jié)構(gòu)聲學(xué)模型。通過數(shù)值計(jì)算，討論了電磁流變液層與

4、多孔金屬層的復(fù)合雙層結(jié)構(gòu)的水下吸聲性能，研究了多孔結(jié)構(gòu)中飽和液體、材料布局方式以及外加場作用情況對復(fù)合結(jié)構(gòu)吸聲性能的影響。結(jié)果表明，電磁流變液層的場致微結(jié)構(gòu)能明顯提高介質(zhì)內(nèi)的聲能損耗，從而提高復(fù)合結(jié)構(gòu)的吸聲性能。高粘度的填充液體也有助于聲波在兩相介質(zhì)內(nèi)的損耗。
　　在電磁流變液聲阻抗可控的基礎(chǔ)上，提出了以設(shè)計(jì)外加場等方式構(gòu)建聲阻抗連續(xù)變化的電磁流變液作為界面耦合層的聲反射控制策略。以變參數(shù)聲波方程為基礎(chǔ)，結(jié)合傳遞矩陣法，建立了阻抗

5、連續(xù)變化的電磁流變液中的聲學(xué)模型。設(shè)計(jì)了幾種阻抗分布形式，并數(shù)值仿真計(jì)算了不同分布形式的耦合層吸聲系數(shù)。結(jié)果表明，隨著聲波入射，阻抗先緩慢變化、后迅速變化的指數(shù)型分布形式的耦合層的吸聲性能最優(yōu)。在此基礎(chǔ)上，討論了耦合層在界面處與入射介質(zhì)或透射介質(zhì)阻抗不匹配的情況。通過耦合層兩端面材料的去除，能有效提高材料的使用效率。
　　在理論研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合磁流變液的特性，設(shè)計(jì)了一款水下聲學(xué)材料的阻抗管，并試驗(yàn)研究了外加磁場強(qiáng)度和磁流變液層厚