Modeling and design of structured noise control materials for modern lightweight structures

现代轻质结构的结构化噪声控制材料的建模和设计

基本信息

  • 批准号:
    RGPIN-2020-07067
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.33万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2020-01-01 至 2021-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The proposed research program is aimed at developing, quantifying and optimizing, through modeling, prototyping and testing, the acoustic performance of structured noise control materials (also known as Acoustic Meta-Materials : AMM) attached to modern lightweight structures. The targeted AMM combines the natural properties of the used structure (e.g. stiffness, backing cavity), host material (e.g. passive absorption of open cell foams) with shaped and/or resonant inclusions suitably located to ensure maximum structural, vibration and acoustic performance over the entire audible frequency range and at low frequency in particular. This represents the major and current challenge in sound insulation since in this frequency range conventional treatments are practically inefficient. Using state of the art numerical and experimental tools, the methodology includes (i) developing, implementing and validating computationally efficient full frequency spectrum vibro-acoustics models for modern lightweight structures with embedded or attached AMM under various excitations; (ii) Investigating and developing various AMM concepts; specifically, study host materials (porous elastic foams, polymers, Honeycombs) with judiciously placed and structured inclusions (Helmholtz resonators, membranes, shaped voids, ) that target higher absorption and/or isolation performance at low frequencies; (iii) investigating methods and materials to realize the proposed design (3D printing, thermoforming) and on this basis fabricate small-scale prototypes to elucidate the main physical phenomena, verify the prediction of the developed modeling tools and quantify the variability and robustness of the developed prototypes; (iv) assess the technological readiness level of the best performing concepts using representative industrial structures and standardized vibro-acoustics tests. The outcome of this research is both fundamental knowledge (refined analytical and numerical models elucidating the used physics and guiding the design) and technology (characterization and design tools, fully functional high TRL prototypes). These developments are generic and applicable to noise and vibration control problems in the transport, aerospace and construction sectors. Moreover, several highly qualified people will be trained through this program; they will be able to support these industries and Canadian research institutions.
拟议的研究计划旨在通过建模,原型制作和测试来开发,量化和优化结构化噪声控制材料(也称为声学元物质:AMM)的声学性能,该材料附在现代轻型结构上。靶向AMM结合了使用结构(例如刚度,背部腔),宿主材料(例如,开放式细胞泡沫的被动吸收)的自然特性,以及形状和/或谐振夹杂物,适当地位于整个可听到的频率范围内,尤其是在整个听觉频率范围内,尤其是在整个听觉频率范围内,尤其是在频率较低的情况下。这代表了声音绝缘的主要和当前挑战,因为在此频率范围内,常规处理实际上效率低下。使用最先进的数值和实验工具,该方法包括(i)开发,实施和验证计算有效的全频谱氛围模型,用于在各种兴奋下具有嵌入式或附着AMM的现代轻质结构; (ii)调查和发展各种AMM概念;具体而言,研究宿主材料(多孔弹性泡沫,聚合物,蜂窝状),具有明智的放置和结构化夹杂物(Helmholtz谐振器,膜,形空隙),它们以低频的吸收和/或隔离性能为目标; (iii)研究方法和材料以实现拟议的设计(3D打印,热成型),并在此基础上构建了小规模的原型以阐明主要的物理现象,验证了开发的建模工具的预测并量化了已发达原型的变异性和鲁棒性; (iv)使用代表性的工业结构和标准化的氛围测试评估最佳性能概念的技术准备水平。 这项研究的结果既是基本知识(精致的分析和数值模型,阐明了使用的物理学并指导设计)和技术(表征和设计工具,功能齐全的高TRL原型)。 这些发展是通用的,适用于运输,航空航天和施工部门的噪声和振动控制问题。此外,将通过该计划对几个高素质的人进行培训。他们将能够支持这些行业和加拿大研究机构。

项目成果

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知道了