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Elastische und akustische Eigenschaften poröser Materialien

EU-finanzierte Forscher entwickelten ein neues Verfahren zur Beurteilung der akustischen Leistung poröser Verbundwerkstoffe, um diese Materialien in der Luft- und Raumfahrt sowie im Automobil- und Bausektor optimal anwenden zu können.
Elastische und akustische Eigenschaften poröser Materialien
Polymerbasierte poröse Materialien werden in verschiedener Form hergestellt, etwa als Schäume oder Fasermaterialien wie Stein- und Glaswolle, die zur Schalldämmung und Schwingungsdämpfung eingesetzt werden. Diese Materialien zeichnen sich durch ihre mechanischen Eigenschaften aus, unter denen die Elastizität eine entscheidende Rolle für das akustische Verhalten spielt.

Umfassendes Wissen über ihre elastischen Eigenschaften ist notwendig, um die Ausbreitung von Schallwellen präzise modellieren zu können. Die Forscher des EU-finanzierten Projekts PAM (The physics of acoustic materials) schlugen vor, mithilfe von geführten Wellen insbesondere den Schermodul über eine weite Bandbreite von Frequenzen und Temperaturen zu bestimmen.

In ihren Versuchen leiteten sie Schallwellen vom Rayleigh-Typ, die sich besonders zu diesem Zweck eignen, durch Platten aus Polyurethan-Schaum. Die Forscher nutzen quasi-monochromatische Rayleigh-Wellen, die von einem kompakten Vibrationsschüttler erzeugt wurden. Ihre Geschwindigkeit und Amplitude wurden mithilfe von Laser-Doppler-Vibrometern auf verschiedene Entfernungen hinweg beobachtet.

Sowohl Gruppen- als auch Phasengeschwindigkeit der Wellen wurden bestimmt, indem gesammelte Messergebnisse mit theoretischen Vorhersagen aus physikalischen Modellen, welche die Ausbreitung von Wellen in Materialien beschreiben, kombiniert wurden. Die Berechnung der Wellengeschwindigkeiten ermöglichte wiederum die Ableitung von Parametern, die für Ingenieure bei der Entwicklung neuer Materialien nützlich sind.

Es ist wichtig, zu wissen, wie temperaturabhängig die Elastizität poröser Materialien ist, die als akustische Dämmstoffe in Luftfahrzeugen eingesetzt werden. Es ist auch möglich, dass bestimmte Materialien in einem bestimmten Temperaturbereich vibroelastisch werden. Es sind jedoch keine umfangreichen Versuchsdaten zu den tiefen Temperaturen verfügbar, die bei Flugreisen auftreten.

Ein neues Guided-Wave-Verfahren, das im Rahmen des PAM-Projekts demonstriert wurde, verfügt über das Potential, einen weiten Temperaturbereich und einen Frequenzbereich von mehreren Größenordnungen abzudecken. Dies sollte die zuverlässige Untersuchung der physikalischen Mechanismen ermöglichen, die dem vibroelastischen Verhalten polymerbasierter poröser Materialien zugrunde liegen.

Derzeit werden Anstrengungen unternommen, weitere Daten zu Frequenzen zwischen 10 mHz und 100 Hz zu sammeln. Die Messungen mit dem Laser-Doppler-Vibrometer wurden bereits als neuer Ansatz eingeführt, um den niedrigeren Frequenzbereich abzudecken, mit dem die Schallübertragungseigenschaften von Wänden und halligen Räumen bestimmt werden.

Verwandte Informationen

Fachgebiete

Scientific Research

Schlüsselwörter

Poröse Materialien, Elastizität, Schallwellen, Vibrometer, vibroelastisch
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