CN108487966A - 一种阻抗可调式磁流变弹性体消音器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阻抗可调式磁流变弹性体消音器，包括壳体，壳体设有进气管和出气管，壳体内由左隔板和右隔板将壳体分隔为三个腔体，左隔板和右隔板上均开有流通孔；第二腔体内设有与壳体同轴的芯轴，芯轴上套设有多个环形导磁环，相邻的两块导磁环之间设有环形磁流变弹性体，磁流变弹性体与芯轴之间设有环形线圈；第二腔体中壳体上设有多个环形永磁体，相邻的两块永磁体之间设有环形磁流变弹性体，磁流变弹性体与壳体之间设有环形定位套筒。优势与特色：通过调整线圈电流大小改变磁流变弹性体的声阻抗和吸声系数，可控性强，声阻抗可变范围大；声波在磁流变弹性体表面形成“黑洞”效应，导致多次反射，多次吸收，吸声能力强，可靠性高。
Description
技术领域
本发明涉及吸声技术领域，具体涉及一种阻抗可调式磁流变弹性体消音器，用于发动机噪声消音系统。
背景技术
汽车的噪声包括发动机噪声、轮胎噪声和传动机构噪声等，发动机是车辆行驶噪声的一个最主要的噪声源。消音器是安装在发电机气流通道上的关键部件，利用吸声材料或吸声结构来降低噪声的方法是消音器中噪声控制中很重要的一个手段。当声波入射到一些多孔、透气或纤维性的材料时，声波在材料中传播从而引起材料空隙中的空气和纤维发生振动，由于摩擦和粘滞阻力以及纤维的导热性能，一部分声能转化为热能而耗散掉，所以材料有吸声性。主动吸声方法克服了传统消音、主动消音方法的缺点，从噪声传播途径和受声体进行控制，它的控制目标是使入射声波的反射系数很小或接近于零，形成“黑洞”现象，使得吸声系数达到最大，从而达到吸声降噪的目的。
目前，主动吸声方法主要有基于阻抗匹配、基于压电材料及基于金属橡胶材料的主动吸音方法，但这些主动吸音方法还有其各自的局限性而难于推广使用，原因在于：1.基于阻抗匹配的吸音方法对低频的效果好而高频效果差；2.采用压电材料通过压电效应耗能来提高吸声系数，但一般声波的声压并足够大到使吸声材料弯曲振动，导致该主动吸声系统在低频时吸声效果不理想；3.金属橡胶材料受本身静态流阻率较大，故吸声效果不稳定。
磁流变弹性体主要由基体、铁磁性颗粒和添加剂组成，是将微米尺度的铁磁性颗粒掺入到高分子聚合物中，在磁场环境下固化，从而基体内的颗粒具有链或柱状结构。通过磁场的作用其粘度、场致微结构等易形成梯度变化，使声波能够无反射的进入吸声材料，而且由于材料本身的粘性和微结构，可导致声波多次反射，多次吸收，最终将声能转化为热能，使得声波在其中能够迅速衰减，因此，磁流变弹性体场致微结构可实现梯度变化，易于形成梯度阻抗，给主动智能吸声提供了一个新的视角。
发明内容
针对现有基于主动吸声方法的发动机噪声消音系统所存在的问题，本发明提出一种阻抗可调式磁流变弹性体消音器，用于发动机噪声消音系统。本发明采用的实施方案是：一种阻抗可调式磁流变弹性体消音器，包括壳体，沿壳体轴线的两端分别设有进气管和出气管，壳体内由左隔板和右隔板沿垂直壳体轴线方向将壳体分隔为第一腔体、第二腔体和第三腔体，进气管与第一腔体相通，出气管与第三腔体相通；左隔板上均布地开有左流通孔，右隔板上均布地开有右流通孔；第一腔体和第三腔体内壳体上由外至内依次设有玻璃棉和穿孔板，穿孔板上开有若干气孔，气孔所占面积不小于穿孔板面积的30％；第二腔体内设有与壳体同轴的芯轴，芯轴的两端分别固定在左隔板和右隔板上，芯轴上套设有多个环形导磁环，相邻的两块导磁环之间设有环形磁流变弹性体，磁流变弹性体与芯轴之间设有环形线圈，导磁环与左隔板和右隔板之间设有2个环形定位套筒一；第二腔体中壳体上设有多个环形永磁体，相邻的两块永磁体之间设有环形磁流变弹性体，磁流变弹性体与壳体之间及永磁体与左隔板和右隔板之间均设有环形定位套筒二。
本发明中，为提高磁流变弹性体的吸音降噪能力，磁流变弹性体的基体为硅橡胶，颗粒为羰基铁粉，添加剂为邻苯二甲酸二丁酯和HTV硫化剂，羰基铁粉的质量分数为85％，HTV硫化剂与硅橡胶的质量比为1∶45，二甲酸二丁酯与硅橡胶的质量比为1∶6，磁流变弹性体的厚度为2～5mm；为使得混合物中的羰基铁粉颗粒固化前在强磁场的作用下形成有序的链状或柱状结构，对磁流变弹性体采取预结构化，预结构化的温度为130℃，时间是8分钟，磁感应强度是1.5T，此时磁流变弹性体的吸音降噪能力较强。
磁流变弹性体是一种智能材料，在磁场作用下其弹性模量可随外加磁场强度变化而变化，具有可控性、可逆性、响应迅速等特征。磁场作用下磁流变弹性体在基体内的磁性颗粒形成链状结构，由声波振动可引起磁流变弹性体链状结构内部粘滞阻力、链状结构中链与链之间撞击力与摩擦力、链结构末端的壁面效应引起的摩擦力等随之发生变化，声能主要转化为热能被耗散，并且由于各链状结构之间的排列不规则，每个链间隙周围又分布一些更微细的孔隙，此种结构更有效地增加孔隙内空气粘滞阻力，使得入射声波能量被更有效地吸收；其次磁流变弹性体的基体是高分子聚合物颗粒，内阻尼较大，存在弹性弛豫效应吸声，在声波作用下，颗粒材料发生形变，由材料自身的弹性弛豫效应把声能转变为热能而损耗，故噪声在粘滞性内摩擦和弛豫效应共同作用下吸音能力更强。利用磁流变弹性体的上述特性，通过调整线圈中电流大小，进而控制线圈中产生的磁场大小，从而改变磁流变弹性体的场致微结构，最终实现对吸声性能的调控。
工作过程中，声波通过进气管进入第一腔体，通过左流通孔流通截面积的突变，引起声波的反射，利用穿孔板与玻璃棉共同作用吸收一部分噪声；通过左流通孔进入第二腔体的声波，主要在磁流变弹性体表面形成“黑洞”效应，导致多次反射，多次吸收，产生很高的内耗，使得声波在其中能够迅速衰减；衰减后的声波通过右流通孔再被第三腔体中的穿孔板与玻璃棉共同作用吸收转化为热能而消耗。
在上述过程中，可通过调整线圈中电流大小改变磁场强度，进而改变导磁环间磁流变弹性体的弹性模量，而磁流变弹性体弹性模量的改变将导致其声阻抗和吸声系数发生变化，故能够依据入射声波频率变化调整其声阻抗和吸声系数大小，使声阻抗和吸声系数具有可调性；磁流变弹性体低频段吸声系数随电流增加而增大，并在电流大小达到某一值时吸声系数达到峰值。
优势与特色：1)利用磁流变弹性体实现吸声性能可调的消音器，可通过调整线圈电流大小改变磁流变弹性体的声阻抗和吸声系数，有效拓展了系统的入射声波的频带宽度，可控性强，声阻抗可变范围大；2)声波在磁流变弹性体表面形成“黑洞”效应，导致多次反射，多次吸收，故吸声能力强，可靠性高。
附图说明
图1为本发明一种阻抗可调式磁流变弹性体消音器的结构示意图；
图2为本发明中磁流变弹性体弹性模量与磁场强度关系曲线图；
图3为本发明中吸声系数与声波入射频率关系曲线图。
具体实施方式
参阅图1、图2、图3为本发明一种阻抗可调式磁流变弹性体消音器的实施例，一种阻抗可调式磁流变弹性体消音器，包括壳体b，沿壳体b轴线的两端分别设有进气管a和出气管p，壳体b内由左隔板e和右隔板n沿垂直壳体b轴线方向将壳体b分隔为第一腔体A、第二腔体B和第三腔体C，进气管a与第一腔体A相通，出气管p与第三腔体C相通；左隔板e上均布地开有至少两个左流通孔e1，右隔板n上均布地开有至少两个右流通孔n1；第一腔体A和第三腔体C内壳体b上由外至内依次设有玻璃棉c和穿孔板d，穿孔板d上开有若干气孔d1，气孔所占面积不小于穿孔板面积的30％；第二腔体B内设有与壳体b同轴的芯轴m，芯轴m的两端分别固定在左隔板e和右隔板n上，芯轴m上套设有多个环形导磁环j，相邻的两块导磁环j之间设有环形磁流变弹性体g，磁流变弹性体g与芯轴m之间设有环形线圈k，导磁环j与左隔板e和右隔板n之间设有2个环形定位套筒一r；第二腔体B中壳体b上设有多个环形永磁体h，相邻的两块永磁体h之间设有环形磁流变弹性体g，磁流变弹性体g与壳体b之间及永磁体h与左隔板e和右隔板n之间均设有环形定位套筒二f。
本发明中，为提高磁流变弹性体g的吸音降噪能力，磁流变弹性体g的基体为硅橡胶，颗粒为羰基铁粉，添加剂为邻苯二甲酸二丁酯和HTV硫化剂，羰基铁粉的质量分数为85％，HTV硫化剂与硅橡胶的质量比为1∶45，二甲酸二丁酯与硅橡胶的质量比为1∶6，磁流变弹性体g的厚度为2～5mm；为使得混合物中的羰基铁粉颗粒固化前在强磁场的作用下形成有序的链状或柱状结构，对磁流变弹性体g采取预结构化，预结构化的温度为130℃，时间是8分钟，磁感应强度是1.5T，此时磁流变弹性体g的吸音降噪能力较强。
工作过程中，声波通过进气管a进入第一腔体A，通过左流通孔e1流通截面积的突变，引起声波的反射，利用穿孔板d与玻璃棉c共同作用吸收一部分噪声；通过左流通孔e1进入第二腔体B的声波，主要在磁流变弹性体g表面形成“黑洞”效应，导致多次反射，多次吸收，产生很高的内耗，使得声波在其中能够迅速衰减；衰减后的声波通过右流通孔n1再被第三腔体C中的穿孔板d与玻璃棉c共同作用吸收转化为热能而消耗。
在上述过程中，可通过调整线圈k中电流大小改变磁场强度，进而改变导磁环j间磁流变弹性体g的弹性模量，而磁流变弹性体g弹性模量的改变将导致其声阻抗和吸声系数发生变化，故能够依据入射声波频率变化调整其声阻抗和吸声系数大小，使声阻抗和吸声系数具有可调性；磁流变弹性体g低频段吸声系数随电流增加而增大，并在电流大小达到某一值时吸声系数达到峰值。
Claims (1)
1.一种阻抗可调式磁流变弹性体消音器，其特征在于：包括壳体，沿壳体轴线的两端分别设有进气管和出气管，壳体内由左隔板和右隔板沿垂直壳体轴线方向将壳体分隔为第一腔体、第二腔体和第三腔体，进气管与第一腔体相通，出气管与第三腔体相通；左隔板上均布地开有左流通孔，右隔板上均布地开有右流通孔；第一腔体和第三腔体内壳体上由外至内依次设有玻璃棉和穿孔板，穿孔板上开有若干气孔，气孔所占面积不小于穿孔板面积的30％；第二腔体内设有与壳体同轴的芯轴，芯轴的两端分别固定在左隔板和右隔板上，芯轴上套设有多个环形导磁环，相邻的两块导磁环之间设有环形磁流变弹性体，磁流变弹性体与芯轴之间设有环形线圈，导磁环与左隔板和右隔板之间设有2个环形定位套筒一；第二腔体中壳体上设有多个环形永磁体，相邻的两块永磁体之间设有环形磁流变弹性体，磁流变弹性体与壳体之间及永磁体与左隔板和右隔板之间均设有环形定位套筒二；磁流变弹性体的基体为硅橡胶，颗粒为羰基铁粉，添加剂为邻苯二甲酸二丁酯和HTV硫化剂，羰基铁粉的质量分数为85％，HTV硫化剂与硅橡胶的质量比为1∶45，二甲酸二丁酯与硅橡胶的质量比为1∶6，磁流变弹性体的厚度为2～5mm；为使得混合物中的羰基铁粉颗粒固化前在强磁场的作用下形成有序的链状或柱状结构，对磁流变弹性体采取预结构化，预结构化的温度为130℃，时间是8分钟，磁感应强度是1.5T，此时磁流变弹性体的吸音降噪能力较强。
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| WO2022121563A1 (zh) * | 2020-12-08 | 2022-06-16 | 香港大学浙江科学技术研究院 | 可调隔声装置以及控制隔声的方法 |
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