基于统计方法的多孔金属材料声传播规律及特性研究

The porous metal material has the characteristics of high specific strength/stiffness, corrosion resistance, high temperature and high pressure resistance and good sound absorption performance, and is widely used in machinery, construction, aerospace, high-speed rail, national defense and other fields. However, a series of basic theoretical issues, such as the intrinsic sound-absorption mechanism of porous materials, especially its low-frequency sound-absorption properties, and sound propagation rules under the conditions of high temperature and high pressure are yet to be solved. Since the porous material from the surface to the inside has a lot of through and chaotic pores, and this confusion and some periodic reflected are very similar to the turbulent irregular and quasi-periodic, this project is planning to apply statistical methods to establish a quantitative analysis model of porous materials based on the turbulence analogy. On this basis, we would investigate the energy dissipation mechanism and sound propagation rules with high temperature and pressure conditions of porous materials, as well as the low-frequency sound absorption properties and acoustic new phenomena (such as of negative refraction, sound focusing, etc.). Last the basic applications of the porous metal materials are developed, such as designing new sound filters / sound function devices with excellent performance based on the porous material, and developing low-frequency noise and vibration reduction technology. The project is not only beneficial to solve the physical problems of acoustical wave propagating in porous metal material, with modeling the theoretical foundation for its industrial applications, but also helpful to expand new application areas of porous materials.

多孔金属材料具有高比强/刚度、耐腐蚀及高温高压、且吸声性能好等诸多优点，被广泛应用于机械、建筑、航空航天、高铁/地铁、国防等领域。然而多孔材料内在吸声机理，特别是如何提高其低频吸声性能，及高温高声压条件下声传播规律等一系列基础理论问题尚未解决。由于多孔材料从表到里都具有大量互相贯通且混乱的孔隙，这种混乱性及体现出的"一定周期性"与湍流的不规则性及准周期性极为相似，因而本项目借鉴湍流的统计方法建立多孔材料中声传播的统计分析定量模型；研究多孔材料的能量耗散机理及声波色散理论。进而研究高温高声压条件下声传播规律，低频吸声特性及负折射、声聚焦等声学现象；并开展多孔金属材料的基础应用研究，设计具有优良性能的基于多孔材料的新型声功能器件，开发低频减振降噪技术等。本项目研究旨在为多孔金属材料应用于工业减振降噪的设计提供必要的理论指导，不仅具有显著的学术理论价值，而且可望在未来产生积极的社会和经济效益。

多孔金属材料具有高比强/刚度、耐腐蚀及高温高压、且吸声性能好等诸多优点，被广泛应用于机械、建筑、航空航天、高铁/地铁、国防等领域。然而多孔材料内在吸声机理，特别是如何提高其低频吸声性能，及高温高声压条件下声传播规律等一系列基础理论问题尚未解决。因而本项目开展基于统计方法的多孔材料声传播规律及其特性研究。. 项目的主要创新性成果如下：.1）由于多孔材料从表到里都具有大量互相贯通且混乱的孔隙，这种混乱性及体现出的“一定周期性”与湍流的不规则性及准周期性极为相似，本项目借鉴湍流的统计方法建立多孔材料中声传播的统计分析定量模型；.2）提出了基于突变理论的非平衡相变定量分析方法，首次得到了湍流相变的完整过程，以及湍流相变在各个相（层流，湍流发生状态和完全湍流状态）下的能量谱密度方程。从而通过湍流类比方法深入研究多孔金属材料中声能量的能谱规律，使用相对较少的参量来描述多孔金属材料中复杂的声能量耗散规律；.3）研究高温高声压条件下多孔金属材料声传播规律，揭示了热和振动的耦合作用规律及其对声波传播过程的影响；.4）研究非周期和周期性多孔材料的能量耗散机理及声波色散理论，揭示了周期性声子结构的全透声现象，提出了具有负质量特性的多腔耦合声学结构的低频宽带机理及薄板型声学超材料的集总耦合弯曲共振机理，建立了周期声学超材料的动态等效密度和等效模量计算方法；.5）开展多孔金属材料的基础应用研究，设计具有优良性能的基于多孔材料的新型声功能器件，开发低频减振降噪技术等，获得企业高度认可。. 本项目研究旨在为多孔金属材料应用于工业减振降噪的设计提供必要的理论指导，不仅具有显著的学术理论价值，而且可望在未来产生积极的社会和经济效益。