论文总字数：25680字

摘 要

天然植物纤维具有生物降解性好、重量轻、密度低、成本低，在使用中不会对人体造成危害等良好特点，是合成纤维吸声材料的替代材料。因此，吸引了越来越多人的关注和重视。植物纤维的研究在声学领域中能发挥重要作用，因为使用吸声材料是降低噪声和振动的最有效方法之一，特别是在追求乘车安全与舒适的汽车领域中。因此,绿色环保无危害的动植物纤维材料在汽车材料工业中具有很好的应用前景。本文以黄麻纤维为例，对其声学性能及其在汽车上的应用展开了研究。

（1）在分析植物纤维吸声材料的研究现状后，结合黄麻纤维特性后，重点研究了三类多孔材料吸声模型的应用场合和适用条件与范围，最终选择 Johnson-Champoux-Allard（JCA）模型作为其吸声模型，利用 MATLAB 软件编辑了黄麻纤维的吸声系数应用程序。

（2）以黄麻纤维为研究对象，基于材料吸声系数考虑，采用智能算法——粒子群算法（PSO），结合JCA模型和吸声曲线，辨识出材料的五个声学参数，并且验证参数辨识的可靠性；利用此吸声模型，研究比较了日常汽车中常用的隔音材料与黄麻纤维的吸声性能。结果表明，黄麻纤维材料能有效吸声，具有更好的吸声性能。

（3）基于参数辨识法得到的JCA吸声模型，利用 MATLAB软件模拟了包括材料厚度、 流阻、孔隙率、曲折系数、粘度和热特征长度等在内的五个因素对吸声性能的影响。实验发现，当材料的孔隙率和流阻增加时，吸声性能提高；当材料厚度增加时，低频区域吸声性能得到改善；当曲折因子增加时，吸声曲线的第一个波峰越来越趋近低频区域，这表明材料的低频吸收性能得到改善。通过图像分析，发现热特性长度和粘性特性长度对黄麻纤维材料的吸声性能影响很小

关键词：植物纤维，吸声系数，Johnson-Champoux-Allard 模型，参数辨识

Abstract

Natural plant fiber has the advantages of good biodegradability, light weight, low density, low cost, non-toxic, and will not cause harm to human body in use. It is a substitute for synthetic fiber sound-absorbing materials. Therefore, it has attracted more and more people's attention. The research of plant fiber can play an important role in the field of acoustics, because the use of sound-absorbing materials is one of the most effective ways to reduce noise and vibration, especially in the field of automobile in pursuit of safety and comfort. Therefore, green and harmless plant fiber has broad application prospects in the automotive material industry. In this paper, the acoustic properties of jute fiber and its application in automobile are studied

(1) After analyzing the research status of plant fiber sound-absorbing materials, combined with the characteristics of jute fiber, this paper focuses on the application occasions, applicable conditions and scope of three kinds of porous material sound-absorbing models, and finally selects Johnson Champoux Allard (JCA) model as its sound-absorbing model, and uses MATLAB software to edit the application program of jute fiber sound-absorbing coefficient.

(2) Secondly, taking jute fiber as the research object, based on the sound absorption coefficient of the material, using intelligent algorithm particle swarm optimization (PSO), combined with JCA model and sound absorption curve, five acoustic parameters of the material are identified, and the reliability of parameter identification is verified; Based on this sound absorption model, the sound absorption properties of common sound insulation materials and jute fiber used in daily automobiles are studied and compared. The results show that jute fiber material can effectively absorb sound and has better sound absorption performance.

(3) Based on the JCA sound absorption model obtained by parameter identification, the effects of material thickness, flow resistance, porosity, tortuosity factor, viscosity and thermal characteristic length on sound absorption performance were studied by MATLAB software. If the thickness of the material is increased, it is found that the low-frequency sound absorption performance can be significantly improved; When the tortuosity factor increases, the first formant frequency of the absorption curve moves to the low frequency direction, indicating that the low frequency absorption performance of the material is improved; After image analysis, it is found that the thermal characteristic length and viscous characteristic length have little influence on the sound absorption performance of jute fiber.

Key words: Plant fiber, sound absorption coefficient, Johnson Champoux Allard model, parameter identification

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 引 言 1

1.1 研究背景 1

1.2 研究现状 1

1.3 植物纤维材料声学性能研究现状 2

1.4 植物纤维材料在汽车上的应用现状 3

1.5 主要研究内容 3

第二章 植物纤维材料吸声模型研究 5

2.1 植物纤维材料吸声机理 5

2.2 吸声性能的影响因素 5

2.3 植物纤维吸声材料模型研究 5

2.3.1 经验模型 5

2.3.2 等效流体模型 7

2.3.3 现象模型 9

2.4 本章小结 9

第三章 参数辨识 10

3.1 基于粒子群优化算法的材料声学参数的辨识 10

3.1.1粒子群优化算法（PSO） 10

3.1.2 PSO算法设计 11

3.2 PSO 算法的有效性验证 12

3.3 辨识结果 13

3.4 植物纤维材料汽车内饰件吸声特性 15

3.5 本章小节 15

第四章 植物纤维材料吸声性能影响因素分析 17

4.1 材料厚度对材料吸声系数的影响 17

4.2 材料孔隙率对吸声系数的影响 18

4.3 流阻率变化对材料吸声系数的影响 19

4.4 曲折因子变化对材料吸声系数的影响 20

4.5 粘性特征长度对吸声系数的影响 21

4.6 热特征长度对吸声系数的影响 22

4.7 本章小节 23

第五章 总结与展望 24

5.1 全文总结 24

5.2 展 望 24

致 谢 26

参考文献 27

第一章 引 言

1.1 研究背景

随着人们对环境保护认知的日益增长，植物纤维的研究受到了越来越多的关注。植物纤维具备诸多自然优势，如植物天然生长、来源丰富、可回收、可降解、更轻质、具有耐冲击、 保温隔热、阻燃防腐、吸声抗震以及植物纤维在生产工艺过程中都不会产生任何有害物质，在实际使用中不会对自己或个体造成任何健康的威胁等特点。

使用植物纤维材料作为吸声材料有许多优势，如：（1）随着人们环保意识的增强，越来越多人不再使用皮质材料和合成材料物品，植物纤维制品广受青睐。黄麻纤维作为常见的一种植物纤维，在我国种植的面积大，种植广泛；（2）以天然植物纤维为主要原材料，不仅符合现代人绿色消费概念，还能给企业降低生产成本，提高利用率；（3）加工和制造过程相对简单，经久耐用;（4）植物纤维材料二次加工后，有良好的阻燃性，隔热性和稳定性，适应多种恶劣环境，同时方便制备成其他所需结构的制品进行多次循环使用。

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