多孔介质中的声传播——吸声材料的建模 pdf下载

【内容简介】

本书由浅入深、循序渐进地介绍多孔材料中波的传播及声学建模的理论和方法。首先讨论平面波在介质中传播的本质，基于线弹性理论通过应力-应变关系建立控制声传播的基本方程；用流体等效的办法介绍声阻抗的计算方法，并引入到声音在多孔材料中的传播；然后介绍多孔材料中几种简化的声学模型，进而重点介绍多孔弹性介质中声传播的Biot理论，阐述多孔弹性材料中存在的三种波，以及建立的动力学方程和波动方程；最后重点介绍传递矩阵法对多层多孔材料系统的建模，并以此进行声学指标的计算，同时介绍传递矩阵在预测声学包吸收和传输损失方面的应用。

【目录】

目 录
第1章 各向同性流体和固体中的平面波1
1.1 引言1
1.2 符号：矢量运算符1
1.3 在可变形介质中的应变2
1.4 在可变形介质中的应力3
1.5 各向同性弹性介质的应力-应变关系4
1.6 运动方程7
1.7 流体中的波动方程8
1.8 弹性固体中的波动方程10
参考文献11
第2章 法向入射时流体中的声阻抗，用一个流体层代替一个多孔层12
2.1 引言12
2.2 无界流体中的平面波12
2.2.1 行波12
2.2.2 实例13
2.2.3 衰减13
2.2.4 两个向相反方向传播的波的叠加13
2.3 法向入射阻抗的主要性质14
2.3.1 沿传播方向的阻抗变化14
2.3.2 刚性不透气壁支撑的流体层的法向入射阻抗14
2.3.3 法向入射多层流体时的阻抗15
2.4 法向入射时的反射系数和吸声系数15
2.4.1 反射系数15
2.4.2 吸声系数16
2.5 多孔材料的流体等效：Delany和Bazley定律16
2.5.1 多孔材料的孔隙率和流阻率16
2.5.2 多孔介质中声传播的微观和宏观描述17
2.5.3 Delany和Bazley定律与流阻率17
2.6 实例18
2.7 复指数表示法20
参考文献21
第3章 流体中斜入射时的声阻抗，用流体层代替多孔层22
3.1 引言22
3.2 各向同性流体中的非均面波22
3.3 斜入射时的反射和折射24
3.4 斜入射时各向同性流体中的阻抗25
3.4.1 沿垂直于阻抗平面方向的阻抗变化25
3.4.2 由刚性不透气壁支撑的有限厚度层的斜入射阻抗26
3.4.3 斜入射时多层流体中的阻抗27
3.5 斜入射时的反射系数和吸声系数27
3.6 实例28
3.7 等效横向各向同性多孔介质的流体中的平面波30
3.8 斜入射时等效各向异性多孔材料的流体表面处的阻抗31
3.9 实例32
参考文献33
第4章 圆柱管中和有圆柱形孔的多孔材料中的声传播34
4.1 引言34
4.2 黏性效应34
4.3 热效应38
4.4 三角形、矩形和六边形截面圆柱管的有效密度与体积模量41
4.5 高频和低频近似42
4.6 多孔材料层中空气有效密度和体积模量的计算44
4.6.1 圆柱形截面孔的有效密度和体积模量44
4.6.2 狭缝中的有效密度和体积模量45
4.6.3 任意截面形状孔的有效密度和体积模量的高频与低频极限47
4.7 刚性骨架材料的Biot模型48
4.7.1 Gc与Gs的相似性48
4.7.2 狭缝中空气的体积模量48
4.7.3 任意截面圆柱形孔洞中空气的有效密度和体积模量49
4.8 带有垂直于表面的相同孔洞层的阻抗51
4.8.1 法向入射51
4.8.2 斜入射-局部反应材料52
4.9 简单各向异性材料的折度和流阻率52
4.10 法向入射时的阻抗与倾斜孔中的声传播54
4.10.1 有效密度54
4.10.2 阻抗55
附录4.A 几个重要表达式55
微观尺度的描述55
有效密度和体积模量56
参考文献56

第5章 有刚性骨架的多孔材料中的声传播57
5.1 引言57
5.2 动态和静态黏性渗透率、动态和静态热渗透率57
5.2.1 定义57
5.2.2 直接测量静态渗透率59
5.3 经典折度、征尺寸和准静态折度61
5.3.1 经典折度61
5.3.2 黏性征长度62
5.3.3 热征长度62
5.3.4 纤维材料的征长度63
5.3.5 直接测量高频参数、经典折度和征长度63
5.3.6 静态折度64
5.4 饱和流体有效密度和体积模量的模型64
5.4.1 Pride等提出的有效密度模型64
5.4.2 体积模量的Lafarge简化模型65
5.5 简化模型65
5.5.1 Johnson等的模型65
5.5.2 Champoux-Allard模型66
5.5.3 Wilson的模型66
5.5.4 用Pride等的模型和Johnson等的模型预测有效密度66
5.5.5 用Lafarge简化模型和Champoux-Allard模型预测体积模量67
5.5.6 表面阻抗的预测67
5.6 用不同模型预测开孔泡沫和纤维材料的有效密度和体积模量68
5.6.1 不同模型的性能比较68
5.6.2 实际考虑因素68
5.7 用流体层等效多孔材料层68
5.8 半唯象模型的总结69
5.9 均质化70
5.10 双重孔隙率介质74
5.10.1 定义74
5.10.2 实际双重孔隙率介质的量级75
5.10.3 双重孔隙率介质的渐近展开方法76
5.10.4 低渗透率对比76
5.10.5 高渗透率对比77
5.10.6 实际考虑因素79
附录5.A：由交替的圆柱序列孔组成的多孔材料折度的简化计算81
附录5.B：征长度?＇ 的计算81
附录5.C：垂直于传播方向的圆柱体征长度?的计算83
参考文献84
第6章 有弹性骨架的多孔材料中声传播的Biot理论86
6.1 引言86
6.2 多孔材料中的应力与应变86
6.2.1 应力86
6.2.2 Biot理论中的应力-应变关系：势耦合项86
6.2.3 一个简单的例子89
6.2.4 P、Q和R的确定90
6.2.5 多孔吸声材料中声传播模型的比较90
6.3 Biot理论中的惯性力90
6.4 波动方程92
6.5 两个压缩波和剪切波93
6.5.1 两个压缩波93
6.5.2 剪切波95
6.5.3 常规空气浸润多孔材料中的三种Biot波95
6.5.4 实例96
6.6 法向入射时由刚性不透气壁支撑的多孔材料表面阻抗的预测98
6.6.1 引言98
6.6.2 法向入射时表面阻抗的预测98
6.6.3 实例：纤维材料100
附录6.A Biot理论的其他表达形式102
参考文献104
第7章 刚性骨架多孔层上的点声源106
7.1 引言106
7.2 平面反射表面上单极场的索末菲表示法106
7.3 复sinθ平面107
7.4 最速下降法（通过路径法）108
7.5 反射系数的极点112
7.5.1 定义112
7.5.2 与极点相关的平面波113
7.5.3 极点对反射单极压力场的贡献116
7.6 极点减法117
7.7 极点定位119
7.7.1 根据反射场的r依赖性进行定位119
7.7.2 根据总压力的垂直相关性进行定位120
7.8 改进的Chien和Soroka模型121
附录7.A N的计算124
附录7.B 用极点减法计算pr126
附录7.C 从极点减法到通过路径法：局部反应表面128
参考文献128
第8章 空气中点源激励及应力圆形面源和线源激励的多孔骨架—空气浸润多孔骨架
的模态130
8.1 引言130
8.2 骨架位移的预测130
8.2.1 平行于面方向波数分量已知的激励130
8.2.2 圆形面源和线源134
8.3 半无限层—瑞利波135
8.4 有限厚度层—修正的瑞利波137
8.5 有限厚度层—模态与共振138
8.5.1 弹性固体层和多孔弹性层的模态与共振138
8.5.2 空气中点源的共振激励139
附录8.A 系数rij和Mi,j141
附录8.B 双傅里叶变换和Hankel变换142
附录8.C 瑞利极点贡献143
参考文献144
第9章 带穿孔饰面的多孔材料145
9.1 引言145
9.2 惯性效应和流阻145
9.2.1 惯性效应145
9.2.2 附加质量和附加长度的计算146
9.2.3 流阻148
9.2.4 有方形截面的孔149
9.3 由穿孔饰面覆盖的多孔材料法向入射时的阻抗—亥姆霍兹谐振器150
9.3.1 圆形孔情况下阻抗的计算150
9.3.2 方形孔情况下法向入射时阻抗的计算154
9.3.3 实例154
9.3.4 由穿孔饰面层覆盖的分层多孔材料设计157
9.3.5 亥姆霍兹谐振器158
9.4 由圆形穿孔饰面覆盖的分层多孔材料斜入射时的阻抗159
9.4.1 饰面与材料边界面处孔的阻抗的计算159
9.4.2 斜入射时外部附加长度的计算162
9.4.3 斜入射时带饰面多孔层的阻抗的计算162
9.4.4 方形孔情况下斜入射时表面阻抗的计算163
参考文献164
第10章 横向各向同性多孔弹性介质165
10.1 引言165
10.2 真空中的骨架165
10.3 横向各向同性多孔弹性层167
10.3.1 应力-应变方程167
10.3.2 波动方程168
10.4 对称平面上有给定慢度分量的波169
10.4.1 常规方程169
10.4.2 在子午面中极化的波170
10.4.3 垂直于子午面极化的波170
10.4.4 不同波的本质170
10.4.5 图解说明171
10.5 有限厚度层上方空气中的声源173
10.5.1 问题描述173
10.5.2 空气中的平面场173
10.5.3 空气波解耦175
10.6 多孔层表面的力学激励177
10.7 对称轴不是面法线的情况178
10.7.1 不同波的慢度矢量分量预测178
10.7.2 对称轴平行于表面时的慢度矢量179
10.7.3 不同波的描述179
10.8 瑞利极点和瑞利波181
10.8.1 实例182
10.9 横向各向同性多孔弹性介质的传递矩阵表示184
附录10.A 式（10.46）中的系数 186
附录10.B 式（10.97）中的系数Ai186
参考文献188
第11章 用传递矩阵法对多孔材料多层系统建模189
11.1 引言189
11.2 传递矩阵法189
11.2.1 方法的原理189
11.3 经典介质的矩阵表示190
11.3.1 流体层190
11.3.2 固体层190
11.3.3 多孔弹性层192
11.3.4 刚性和柔性骨架假设196
11.3.5 弹性薄板198
11.3.6 不透气膜198
11.3.7 多孔膜和穿孔板199
11.3.8 其他介质199
11.4 耦合传递矩阵199
11.4.1 相同性质的两个层200
11.4.2 不同性质层之间的界面201
11.5 总体传递矩阵的组装202
11.5.1 硬壁终端条件203
11.5.2 半无限流体终端条件203
11.6 声学指标的计算204
11.6.1 面阻抗、反射和吸声系数204
11.6.2 传输系数和传输损失205
11.6.3 活塞激励206
11.7 应用207
11.7.1 带多孔膜的材料207
11.7.2 带不透气

【作者简介】

John F. Allard（约翰·F·阿拉德） ，勒芒大学教授，从事新材料方面的科研和教学工作； [加]Norreddine Atalla（诺瑞丁·阿塔拉），舍布鲁克大学机械工程系教授。
比翱工程实验室（ProBiot Lab）位于苏州，是多孔材料与人工结构前沿理论体系构建、商业转化、工程赋能与产业化研究领域的全球技术领先者，致力完善与推动从基础材料物理性研究到系统级工程设计的全链路正向研发体系的构建与发展。实验室以构筑健康和智慧生态为使命，以赋能国家智能制造和新材料产业、创新研发能力平台建设和材料科学与工程为服务理念与宗旨，以多孔材料和人工结构研究与工程服务为核心业务体系和发展愿景，致力于打造多元材料和智能结构生态领域的高科技公共服务平台，为国家新兴战略产业的长足发展“保驾护航”。