导读

本文研究了多分散异质多孔复合材料中的声传播。采用双尺度渐近均匀化方法，对这种复合材料中的声传播进行了宏观描述。升级后的方程表明，所研究的复合材料可以建模为具有复值频率相关有效参数（即动态粘性渗透率和可压缩性）的等效流体，并揭示了所涉及的声能量耗散机制。通过引入具有不同几何形状和组成材料的多孔复合材料（例如，具有简单或复杂形状的渗透性和/或不渗透性夹杂物的多孔基体）的声学特性的分析模型和混合模型，对升级理论进行了说明，并通过计算实验成功验证。得出的结论是，所发展的理论严格地捕捉了声波在多分散异质多孔复合材料中传播的物理特性，并表明导致复合材料中声能耗散的机制是经典的粘热耗散以及非均质夹杂物中的多重压力扩散现象。结果表明，两种或两种以上具有高度对比渗透率的可渗透材料的组合可以改善复合材料的吸声和传输损耗。本文提供了声波在复杂复合材料中传播的基本见解，有望指导新型声学材料的合理设计。

研究创新

几十年来，人们一直在研究和使用等效流体方法来模拟可渗透刚架材料的声学行为。然而，对于多孔复合材料，这种方法尚未得到探索，因为在多孔复合材料中，其组分的多分散性和高度不均匀性占据很重要的因素。因此，本文的新颖之处在于通过严格发展由多孔基体和多分散非均质夹杂物组成的刚性框架-多孔复合材料中声波传播的升级理论来解决这一问题。结果表明，这种理论发展揭示了复合材料中涉及的声能耗散机制，该复合材料的特点是具有高渗透性的多孔基体和低渗透性的夹杂物。

这项工作的其他主要贡献是为复合材料引入了几种分析和混合（数值-分析）模型（例如，具有简单或更复杂形状的渗透性和/或不渗透性夹杂物的多孔基质）以及通过计算实验验证了所引入的放大理论。此外，该研究工作的成果不仅有望为多分散性在异质多孔复合材料的声学中的作用提供基本见解，而且还可以指导新型复合材料的合理设计，这些材料可能会在降噪解决方案中得到应用，以及利用和推广以前关于单孔和多孔介质中振荡流体流动和热传导的结果。此外，这项工作的结果可以与脉动流和主动振荡流控制的研究结果一起利用。

图文快览

图：通用多分散异质多孔复合材料的尺度和代表性基本体积（REV）草图。

图：多分散复合材料有效压缩性的实部（a）和虚部负值（b），其REV包括多孔基体、一个阻性夹杂物和一个固体夹杂物。多孔基质材料——绿色虚线。多孔夹杂物——红色虚线。复合-连续蓝色线。特征频率——垂直虚线。

图：具有REV的多分散复合材料的有效可压缩性的实部（a）和虚部负值（b），该REV包括多孔基体和两个带有嵌入固体夹杂物的阻性夹杂物。多孔基质材料——绿色虚线。多孔夹杂物——红色虚线。复合-连续的蓝线。特征频率——垂直虚线。

图：具有REV的多分散复合材料的有效可压缩性的实部（a）和虚部负值（b），该REV包括多孔基体和由不同颗粒材料制成的两个阻性夹杂物。多孔基质材料——绿色虚线。多孔夹杂物1——红色虚线。多孔夹杂物2——黑色虚线。复合-连续的蓝线。特征频率——垂直虚线。

图：将多孔复合材料M1–M3的有效声速（a）和衰减系数（b）的归一化实部与多孔基体材料的参数进行比较。多孔基质材料——绿色虚线。复合M1-连续橙色线。复合M2-蓝色虚线。复合M3-黑色虚线。

图：带有球形夹杂物的复合材料：（a）旋转的周期性排列（由于顶部和底部平面的对称性，仅考虑旋转的一半）。（b）用于硬背复合层反射和吸收系数数值计算的配置。（c）用于数值计算复合层声传输系数的有限元网格和结构。

图：具有不同球形夹杂物的多孔复合材料[

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