一种获取多孔材料毕奥参数的方法

技术领域

本发明涉及多孔材料技术领域，特别涉及一种获取多孔材料毕奥参数的方法。

背景技术

多孔材料是目前应用最广泛的吸声材料，应用于汽车车厢内隔声等场景中。为了研究采用上述材料后汽车的隔音效果，需要分析其吸声的性能。但是，由于多孔材料的吸声机理复杂，至今没有很成熟的计算方法分析其吸声性能，不能很好地为多孔材料的选型、分析及设计提供理论支持。

目前，对多孔材料的吸声的研究主要是以测试为主，根据实验测试所得的宏观和微观材料参数，由经验数据归纳统计总结规律，得到相关的决定多孔材料的吸声系数的经验和半经验公式，其中应用最广泛的是Delany-Bazley等效经验模型。其局限性在于其材料的毕奥参数(也就是孔隙率、流阻率、几何扭曲率、粘性特征长度、热性特征长度等)的获得难度大，需要特殊设计的设备才能进行测试，而且经验模型的建立依赖于实验测试数据，其精度较难保证。

为此，需要一种不借助专用的材料参数测试设，也能准确进行毕奥参数测量的方法。

发明内容

本发明提供了一种获取多孔材料毕奥参数的方法，能够不借助专用的材料参数测试设备，进行准确测量。

为了解决上述技术问题，本申请提供如下技术方案：

一种获取多孔材料毕奥参数的方法，包括如下步骤：

S1、测得多孔材料样件的试验隔声量曲线；基于试验隔声量曲线，选取试验隔声量值；

S2、建立多孔材料样件的统计能量分析模型；

S3、获取多孔材料毕奥参数的参数范围；

S4、将毕奥参数的参数范围和试验隔声量值输入统计能量分析模型；统计能量分析模型以多孔材料的试验隔声量为目标值，以多孔材料的毕奥参数为变量，根据最小二乘法原理，求解多孔材料的毕奥参数。

基础方案原理及有益效果如下：

现行方法通常需要借助专用的测试设备去求得多孔材料的毕奥参数，而且其误差较大。本方法不需要专用设备，通过较为简单的测试获得多孔材料的试验隔声量曲线，再构建统计能量分析模型，利用最小二乘法原理，可准确求解多孔材料的毕奥参数，便于后续在已求解的毕奥参数基础上，更加准确地预测车内高频噪声。

进一步，所述S3中，还获取搜索精度；S4中还将搜索精度输入统计能量分析模型。

在指定的搜索精度内求解，能增加求解的准确性以及求解的速度。

进一步，还包括S5、判断求解的毕奥参数是否满足预设的工程精度，如果不满足，按预设规则缩小毕奥参数的参数范围和搜索精度，并重复S4；如果满足，将求解的多孔材料的毕奥参数输出。

通过不断缩小毕奥参数的参数范围和搜索精度，可以使毕奥参数逐渐满足预设的工程精度。

进一步，所述S5中，每次将搜索精度缩小10倍。

与每次只缩小几倍相比，可以提高整体求解的速度。

进一步，所述毕奥参数包括孔隙率、流阻率、几何扭曲率、粘性特征长度、热性特征长度。

求解得到孔隙率、流阻率、几何扭曲率、粘性特征长度和热性特征长度，便于后续在此基础上，进行车内高频噪声的预测与分析。

进一步，所述S1中，采用混响室法或驻波管法，进行试验并测得多孔材料样件的试验隔声量曲线。

混响室法或驻波管法均为现有测得多孔材料样件的隔声量曲线的标准方法，便于快速进行隔声量曲线的测量。

进一步，所述S2中，在声学仿真软件中建立多孔材料样件的统计能量分析模型。

利用声学仿真软件，能方便进行统计能量分析模型的搭建。

附图说明

图1为一种获取多孔材料毕奥参数的方法实施例一的流程图；

图2为一种获取多孔材料毕奥参数的方法实施例一隔声量曲线图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

实施例一

如图1所示，本实施例的一种获取多孔材料毕奥参数的方法，包括如下步骤：

S1、采用混响室法或驻波管法，进行试验并测得多孔材料样件的试验隔声量曲线；混响室法和驻波管法是现有隔声量曲线测量的标准方法，属于现有技术，这里不再赘述。基于试验隔声量曲线，选取试验隔声量值；本实施例中，选三分之一倍频程中心频率处隔声量值。

S2、在声学仿真软件中建立多孔材料样件的统计能量分析模型。统计能量分析方法是现有的一个较为完善的分析方法，基于统计能量分析方法，建立统计能量分析模型有相应的规范，具体为先建立有限元网格模型，再根据有限元结构来建立节点，最后通过节点建立统计能量分析模型。本实施例中仿真软件具体采用VA-ONE声学仿真软件。

S3、获取搜索精度和毕奥参数的参数范围；

S4、将搜索精度、毕奥参数的参数范围和多孔材料的试验隔声量输入统计能量分析模型；统计能量分析模型以多孔材料的试验隔声量为目标值，以多孔材料的毕奥参数为变量，根据最小二乘法原理，求解多孔材料的毕奥参数。毕奥参数包括孔隙率、流阻率、几何扭曲率、粘性特征长度、热性特征长度。

S5、判断求解的毕奥参数是否满足预设的工程精度，如果不满足，按预设规则缩小毕奥参数的参数范围和搜索精度，并重复S4；如果满足，将求解的多孔材料的毕奥参数输出。本实施例中，预设规则中每次搜索精度缩小10倍。

例如：首先采用混响室法进行试验并测得多孔材料样件的试验隔声量曲线，结果如图2所示，图中，横坐标是三分之一倍频程中心频率。基于试验隔声量曲线选取三分之一倍频程中心频率处的试验隔声量值：F(test)＝F(f1,f2,…fn)；

将获取的毕奥参数的参数范围、搜索精度、三分之一倍频程中心频率处的试验隔声量值输入统计能量分析模型。

统计能量分析模型设定隔声量仿真值：G(simulate)＝G(f1,f2,…fn)；其中，f1,f2,…fn为三分之一倍频程中心频率。最后，根据最小二乘法原理，建立目标曲线：

统计能量分析模型分别根据设定的孔隙率、流阻率、几何扭曲率、粘性特征长度和热性特征长度这五个毕奥参数的参数范围，在给定的参数范围内，基于目标曲线

通常不同材料毕奥参数按照经验都会有一个大致的参数范围。具体的，首先有用户确定一个参数范围并输入，使统计能量分析模型以一个较大的精度在参数范围内寻优计算；再缩小毕奥参数的参数范围，使统计能量分析模型将搜索精度缩小，在上一次优化得到的毕奥参数的参数范围内继续寻优，直到满足工程所需精度即可。

例如：某个毕奥参数的输入的参数范围为[10,20]，先设定搜索精度为1(即参数取值为10，11，12，…，20)，计算

现行方法通常需要借助专用的测试设备去求得多孔材料的毕奥参数，且其误差较大。本方法不需要专用设备，通过较为简单的测试获得多孔材料的试验隔声量曲线，利用最小二乘法原理，构建统计能量分析模型，可准确求解多孔材料的毕奥参数，便于后续在已求解的毕奥参数基础上，更加准确地预测车内高频噪声。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于，本实施例的S1中，采用混响室法或驻波管法，进行试验，测得多孔材料样件的试验隔声量曲线时，通过控制变量法分别改变测试的环境变量，环境变量包括温度、湿度、气压以及多孔材料样件的振动频率，记录试验隔声量曲线对应的温度、湿度、气压以及多孔材料样件的振动频率。例如保持温度、湿度和气压不变，在不同的振动频率，测得多孔材料样件的试验隔声量曲线。改变振动频率时，可以将多孔材料样件放置在振动设备上，通过调整振动设备的频率，来改变多孔材料样件的振动频率。

S5中，计算单一环境变量下毕奥参数输出值的平均值，将大于平均值的输出值对应的环境变量的值输出。例如，计算在不同的振动频率下毕奥参数的输出值的平均值，将大于平均值的输出值对应的振动频率的值输出。

通过这样的方式，能更好的模拟实际环境对多孔材料样件的影响，能更好地为多孔材料的选型。例如通过改变振动频率，可以模拟汽车在不同工况下振动情况对吸声性能的影响。通过分别改变温度、湿度和气压，可以模拟不同天气条件下对吸声性能的影响。当确定汽车的某款发动机后，就可以基于该款发动机工作时的振动频率，作为多孔材料样件测试时的频率。

以上的仅是本发明的实施例，该发明不限于此实施案例涉及的领域，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。