纤维集合体的结构特征及其吸声性能研究--《东华大学》2011年博士论文
纤维集合体的结构特征及其吸声性能研究
【摘要】：纤维材料的吸音隔声性能,取决于纤维材料本身的形态与力学性质和纤维的堆砌结构及其相互间的作用。显然,这是物质形与结构表达的内容,即纤维的形与尺度,纤维的堆砌密度、纤维的排列构造和纤维间的相互作用。近30年来,研究者在软物质材料的分形表达和固体材料的声晶体理论上有突破和显著进展,这为吸音隔声纤维材料的研究与应用提供了新的表征理论和设计依据。本文主要针对散纤维集合体和非织造布的结构特征与其吸声性能之间的关系进行了研究。
本文应用双传声器驻抗管测试系统研究了散纤维团的吸声性能。对于散纤维团的结构参数,考虑了包括其平均密度、体积分数、纤维排列方式和背景空气相的影响。通过理论建模计算得到散纤维团的有效孔径,并建立了散纤维吸声系数与声波频率的关系模型。结果表明,随着纤维团的体积分数的增大,整个频域的吸声性能增强,且吸声曲线的峰将向低频移动；纤维种类对吸声性能影响不大；纤维的排列方式对吸声作用有影响,且随机排列的吸声性能最佳；纤维团中的有效孔径是影响其吸声性能的最关键参数；当声波频率在5kHz以下时,空气相的粘滞和共振损耗是吸声的主要机理,频率再高时,纤维机械振动影响就不能忽略；因此通过控制空气相的形态与大小,能够增强纤维集合体的吸声效果,尤其是在中低频区域。
本文采用高分辨率的Skyscan Micro-CT对散纤维集合体进行了无损、原位观测,获取了散纤维集合体的构造层析图像,解决了以往在散纤维团内部结构观测上的困难。通过截取不同体积分数的散纤维团内部的切面图像,运用计盒分形维数计算法,使用Matlab编程计算出散纤维团内部孔洞结构的面积分形维数。结果表明,散纤维团内部结构具有分形特征。其分形结构与声学参数间的关系为：腈纶短纤维团的最大吸声系数am随着分形维数的增大而增大,而临界频率fcri则与分形维数呈负相关；鹅绒纤维团的am,开始阶段随分形维数而增大,但存在一临界分形维数点,之后随分维数增大,am下降,而fcri则与腈纶短纤维团一样,随着分形维数的增大而降低。
本文研究了水刺非织造布的结构特征及其与透气性和吸声性能的关系。结构特征测量了样品的厚度、平方米重、密度、孔隙率、平均孔径和孔径分布。结果表明非织造布的透气性不符合苛仁纳公式,即还存在未测参数,如织物孔洞通道的曲折度、形状因子等。应用驻抗管系统测试了非织造布在背后有、无空气层时的吸声性能,证明空气层的引入大大提高了材料在该测试频域的吸声性能：且随着空气层增厚,吸声曲线初始上升段的斜率变大,同时吸声曲线整体向低频域移动。传统的多孔材料毛细管吸声理论基本可以解释非织造布样品吸声系数的问题,应用膜振动理论来解释吸声频率的问题,也得到了较为吻合的结果。通过直观比较最大吸声系数am临界共振频率fcri与样品的五个结构参数和与透气性能的相互关系,得出影响非织造布am和fcri的主要结构参数是材料的孔洞特征,尤其是平均孔径。
本文对非织造布样品的形态采用扫描电子显微镜进行了拍摄,在对所得样品图像经过一系列预处理、包括二值化处理后,运用计盒分形维数的计算方法,通过Matlab程序编程计算出非织造布样品的表观或表层的孔洞面积分形维数。根据分形计算的相关度来看,非织造布孔洞结构的分形特征非常明显。通过样品的面积分形维数与样品的孔隙率、平均孔径的对比得到,分形维数与这两个结构参数均呈显著的负线性相关。而对样品的面积分形维数与其吸声性能的关系对比表明,亦呈较显著的线性相关,即随着非织造布样品孔洞面积分形维数的增大,样品的最大吸声系数呈正相关,而其对应的共振频率呈负相关。
本文运用平面波展开法,首次对纤维集合体作为声子晶体应用的可能性进行了理论探讨。当纤维在空气中能够形成比较规则的周期排列时,纤维集合体满足了维声子晶体的条件。在纤维-空气二维声子晶体中,纤维本身的性质以及声子晶体的结构参数等都会影响声子晶体的带隙性能。通过改变一系列参数,计算得到了不同结构的声子晶体对于弹性波传播的带隙性能。此外还建立了几个纺织品实例的声子晶体模型,以进行理论计算。结果表明,由于纤维材料自身性质差异而造成的影响并不十分显著；随着晶格常数的增大,第一条带隙的初始频率在降低,同时能够出现带隙的频率范围在减小；随着声子晶体中纤维填充率的增加,带隙宽度也随之增大；纤维在空气中的点阵排列形式对于声子晶体的带隙性能有很大影响。
【学位授予单位】：东华大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2011【分类号】：TB303
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400-819-9993基于细观力学考虑孔隙及孔隙水影响的混凝土力学指标预测--《西北农林科技大学》2012年硕士论文
基于细观力学考虑孔隙及孔隙水影响的混凝土力学指标预测
【摘要】：混凝土材料作为典型的非均质复合材料，其中含有大量的孔隙，自然状体下或者在水环境中工作的混凝土材料具有一定的含水率，孔隙水的存在将导致混凝土材料力学性能发生显著变化。本文基于细观力学理论考虑孔隙及孔隙水对混凝土力学性质的影响，对混凝土力学指标进行预测。本文主要研究内容及结论如下：
（1）假定混凝土为由基体和孔洞组成的二相复合材料，利用细观夹杂理论和Mori-Tanaka方法建立微裂纹和孔洞体积分数和混凝土有效弹性模量之间计算公式，对不同孔隙率及饱和情况下混凝土宏观弹性模量进行预测，结果表明，随着孔隙率的增加，混凝土的有效弹性模量逐渐降低，随着饱和度的增大，混凝土有效弹性模量逐渐增大。
（2）利用有限元软件ADINA中的混凝土模型，建立了不同孔隙率及相同孔隙率情况下不同孔径混凝土有效弹性模量数值计算模型，分析表明，随着孔隙率的增加，混凝土的宏观有效弹性模量逐渐降低，在相同孔隙率情况下，分别选取圆形孔隙孔径为、1mm、2mm、3mm情況进行了分析，随着孔隙直径的增大，混凝土有效弹性模量逐渐增大。
（3）利用ADINA软件中的流固耦合功能，建立混凝土基体与其中孔隙水的流固耦合计算模型，分析了在不同孔隙率及饱和情况下混凝土的有效弹性模量的变化，并与干燥情况下相同孔隙率混凝土模型有效弹性模量进行对比，结果显示，在孔隙含水饱和条件下，其有效弹性模量高于同等条件下干燥混凝土的有效弹性模量。
【学位授予单位】：西北农林科技大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2012【分类号】：TU528.0
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是算质量分数还是体积分数？
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你这问题问的都让人摸不着头脑是问2.5在10中的占比？
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原文由 however88888(however88888) 发表:你这问题问的都让人摸不着头脑是问2.5在10中的占比？ 是啊
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是质量占比。
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原文由 xuezi6473(xuezi6473) 发表:是质量占比。 哦，这样我就明白了