基于比奥(BIOT)理论的电流变液主动吸声机理与声学特性研究

电流变液是一种具有广泛应用前景的智能材料，本项目将以其声学特性的研究为目标，研究探讨电流变液的主动吸声机理和声学特性。根据电流变液电场特性与悬浮粒子的分布规律，建立电流变液中液固分布的物理模型；研究液固混合体的声学建模方法，基于BIOT理论，建立电流变液的声波传递及衰减模型、声阻抗预测模型及吸声特性预测模型；探讨电流变液悬浮粒子参数及分布、电场特性等与声阻抗的关系，揭示电流变液的声学特性与规律，建立基于混料设计的D-最优吸声特性的实验优化模型；研究电流变液非均匀声阻抗的形成机制，建立多层及非均匀电流变液声波传播与衰减模型及梯度声阻抗数学模型；考虑电流变物理参数以及声阻抗连续分布等因素对其吸声性能的影响，确定最优吸声效果下的声阻抗分布规律，本项目的研究将为大型关键设备的主动噪声控制与隐身性设计提供理论基础，取得具有国际领先水平的研究成果。

电（磁）流变液是一种具有广泛应用前景的智能软材料。在外加电场（磁场）作用下，其内部悬浮颗粒形成沿外加场方向的有序结构，从而导致流变性能的巨变，且这种变化是可逆。本项目通过四年的时间， 围绕电磁流变液的吸声机理、声学特性及其建模方法展开了系统的研究。本项目讨论了以电磁流变液流变学动态测试结果和离散松弛谱理论相结合的全频段动态剪切模量等参数的等效处理方法，建立了基于Biot理论的电磁流变液声传递、声衰减模型声传递声阻抗预预测模型。针对含电磁流变液层的复合结构声学结构，讨论了电磁流变液层与多孔金属层的复合双层结构的水下吸声性能，研究了多孔结构中饱和液体、材料布局方式以及外加场作用情况对复合结构吸声性能的影响。在电磁流变液声阻抗可控的基础上，提出了以设计外加场等方式构建声阻抗连续变化的电磁流变液作为界面耦合层的声反射控制策略, 并讨论了该形式下的声学建模方法。在前述基础上，本项目还探讨了基于Biot-Stoll 理论的磁流变液声学特性建模方法，研究了母液粘性、导磁性及磁场强度对声速和声衰减的影响。最后，结合磁流变液的特性，本项目研发了一款水下声学材料的阻抗管，验证了本项目提出的理论模型。本项目取得的研究成果为大型关键设备的主动噪声控制与隐身性设计提供了有意义的借鉴。