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粘弹材料是一种重要声学功能材料,准确测量其动态力学参数是吸声结构声学性能优化的关键问题之一。传统的测试方法如强迫非共振法,直接测量频率偏低、对试样的几何形状和尺寸要求苛刻,且不能通过一次实验同时得到杨氏模量和剪切模量。Willis等人曾提出一种基于有限元反演粘弹材料动态力学参数测试方法,能够克服上述方法中的不足。但是,反演测量方法中涉及的参数组合选择、适用范围和测量精度等问题未见报道,论文针对这些尚未解决的问题进行了深入研究,设计了一套基于有限元反演粘弹材料动态力学参数的反演测量系统,并在该测量系统上实现了温频等效测量。 数值仿真是吸声结构声学性能优化的另一关键问题,平面波展开有限元法是一种常用的数值计算方法,但是该方法具有计算量大,编程复杂的缺点。论文提出了一种垂直入射条件下基于阻抗边界的简化方法,能够反映材料和结构的主要参数对声学性能的影响,并能与水声阻抗管测试结果相吻合。 论文的主要研究工作和创新点概括如下: (1)针对测量方法中参数组合选择、适用范围和测量精度等关键问题,通过目标函数在不同参数组合空间中的拓扑关系分析,确定了反演参数的组合方式;研究了高、低阻尼材料对反演方法的影响,并给出了适用范围以及解决方法;通过基于灵敏度计算的误差分析,推导了方差一协方差矩阵的计算公式,找到了参数反演的主要误差来源,并计算了各反演参数的误差限。 (2)设计并建立了一套基于有限元反演粘弹材料动态力学参数的反演测量系统,并首次实现该测试系统的温频等效测量;同组样品的测量结果和传统DMA设备的测量结果相比,模量误差在10%以内,印证了测量系统的有效性;运用基于灵敏度分析的测点优化方法,减小了参数反演误差,提高了测试精度;分析了传统DMA设备的测量误差,说明了样品的加工精度是影响DMA设备泊松比测量精度的主要原因之一。 (3)发展了一种共振吸声结构的简化计算模型,并且在通用软件ANSYS中得以实现;通过与均匀材料的解析解,以及与水声阻抗管的测试结果相对比,验证模型的有效性;分析了周期性单元约束条件与水声阻抗管中约束条件的区别,研究了材料弹性模量对吸声系数的影响。