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QFD/TRIZ的集成应用与复合蜂窝夹芯构造木质吸声板开发研究

作　者: 郭禾苗
导　师: 于海鹏
学　校: 东北林业大学
专　业: 木材科学与技术
关键词: QFD TRIZ 木质吸声板蜂窝夹芯
分类号: TS653
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

木质吸声板因具有吸声效果好、造型美观、立体感强、加工容易等特点受到广泛关注。但当前木质吸声板的发展也存在一些问题,主要表现在：产品开发目标有待于明确；消费者和企业研发技术人员之间缺乏沟通一致性；一些吸声板的结构简单、构造形式与吸声机理契合不紧密、吸声频带窄；产品种类比较单一；制造方式存在一定程度的木材资源浪费。因此,开发新型的木质吸声板具有重要意义。本论文通过集成应用“质量功能展开(QFD)”和“发明问题解决理论(TRIZ)"对新型木质吸声板的开发进行了相关研究。首先基于专利分析和技术系统进化法则明确了木质吸声板的技术改进目标；其次根据所建立的产品规划质量屋阐明了木质吸声板技术需求的重要度；第三,针对木质吸声板技术革新的冲突,从多角度探求了改进吸声性能的解决方案,并推导出综合性能最优的蜂窝夹芯木质吸声板方案；第四,制备了面穿孔单层蜂窝夹芯木质吸声板,发现其具有较好的中频带吸声降噪性能；第五,构建了面穿孔双层蜂窝夹芯木质吸声板,发现其具有宽频带的高降噪特性。主要结论如下：(1)木质吸声板的结构演化经历了如下几个重要发展阶段：水泥木屑复合吸声板→孔木、槽木吸声板→亥姆霍兹共振器吸声板→波纹槽吸音板→可调节吸声的板结构。目前,国内的木质吸声板产品开发正处于成长期,但处在一个瓶颈阶段。(2)应用技术系统进化法则为木质吸声板寻找到以下进化方向／路线：采用质轻、高强、低成本的板材作为基材；提高面板的装饰性能；将吸声结构与隔声、隔热材料相结合；增加活性炭或纳米二氧化钛、纳米银等；改进局部吸声单元；做成形式多样的吸声配件；在吸声板底部加滑轮；增加可折叠连接件；拆分结构或者改变孔径等。(3)通过所建立的木质吸声板产品规划质量屋可得到其技术需求重要度排序为：吸声性能和价格是最关键因素,其次为环保和装饰等,尺寸和安装性较次要。由零部件特性和工程技术重要度可知：芯材为主要改善的零部件,其次为饰面材料。(4)基于TRIZ冲突解决原理得出提高木质穿孔吸声板孔隙率和吸声吸能,可采用微穿孔蜂窝夹层吸声装饰板、加强式蜂窝状夹层复合板和可调节吸声功能的板结构；基材上铣槽、穿孔与造成木材资源浪费冲突的解决可采用蜂窝夹芯木质吸声板等。(5)面穿孔单层蜂窝夹芯木质吸声板具有较好的中频吸声性能,依据降噪系数优选出的这种吸声板较佳结构工艺参数为：面板孔径6mm、面板穿孔率3%、蜂窝芯板厚度30mm、40mm或50mm,降噪系数可以达到50%以上。(6)面穿孔的双层蜂窝夹芯木质吸声板能够既提高吸声性能又拓宽吸声频带。当蜂窝前腔深度10mm,蜂窝后腔深度20mm,面板穿孔直径2-6mm,面板穿孔率3-10%,该方案下降噪系数可以达到60%以上,达到I级降噪水平。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-18
  1.1 研究背景  10
  1.2 国内外现状  10-14
    1.2.1 木质吸声材料发展现状  10-13
    1.2.2 木质吸声材料研究现状  13-14
    1.2.3 木质吸声材料发展中尚存在的一些问题  14
  1.3 质量功能展开和发明问题解决理论  14-15
    1.3.1 质量功能展开  14-15
    1.3.2 发明问题解决理论  15
  1.4 研究目的与意义  15-16
    1.4.1 研究目的  15
    1.4.2 研究意义  15-16
  1.5 论文的主要研究内容与技术路线  16-18
    1.5.1 主要研究内容  16-17
    1.5.2 技术路线  17-18
2 木质吸声板技术成熟度和发展分析  18-26
  2.1 TRIZ技术系统进化理论  18-19
    2.1.1 “S”型曲线  18
    2.1.2 技术系统进化法则  18-19
  2.2 吸声板技术专利分析与趋势预测  19-21
    2.2.1 专利检索  19
    2.2.2 用“S”形曲线进行技术生命周期评估  19
    2.2.3 用统计频次排序法分析吸声板专利  19-21
  2.3 木质吸声板技术专利分析与趋势预测  21-23
    2.3.1 木质吸声板“S”形曲线技术生命周期评估  21
    2.3.2 木质吸声板结构进化模式  21-23
  2.4 应用技术系统进化法则寻求木质吸声板适合的发展路线  23-25
    2.4.1 应用提高理想度法则  23-24
    2.4.2 应用协调性法则  24
    2.4.3 应用完备性法则  24
    2.4.4 应用子系统不均衡进化法则  24
    2.4.5 应用微观级进化法则  24-25
    2.4.6 应用动态性进化法则  25
  2.5 本章小结  25-26
3 基于QFD分析木质吸声板的质量功能需求  26-33
  3.1 木质吸声板的质量需求分析  26-28
    3.1.1 需求获取  26
    3.1.2 需求整理和分析  26-27
    3.1.3 需求变换和聚类  27-28
  3.2 木质吸声板技术需求分析  28-32
    3.2.1 关系矩阵和技术需求重要度的确定  28-29
    3.2.2 技术需求之间的相关关系矩阵  29-30
    3.2.3 组合形成木质吸声板的产品规划质量屋  30-31
    3.2.4 木质吸声板零件配置质量屋的组建  31-32
  3.3 本章小结  32-33
4 基于TRIZ解决木质吸声板技术矛盾  33-45
  4.1 木质吸声板的技术冲突  33-37
    4.1.1 利用QFD中的质量屋的关系矩阵  33-35
    4.1.2 进一步深入分析得到的冲突  35-37
    4.1.3 冲突整理  37
  4.2 基于TRIZ方法提出木质吸声板矛盾冲突的改进方案  37-44
    4.2.1 孔隙率和强度冲突的改进方案  37-40
    4.2.2 基材上铣槽、穿孔与造成木材资源浪费冲突的改进方案  40-44
  4.3 本章小结  44-45
5 中频带蜂窝夹芯木质吸声板  45-55
  5.1 实验材料与实验方法  45-48
    5.1.1 蜂窝夹芯木质吸声板的制造  45-46
    5.1.2 吸声性能测试  46
    5.1.3 蜂窝夹芯木质吸声板结构的等效电路图  46-47
    5.1.4 共振频率的理论计算  47-48
  5.2 实验结果分析  48-54
    5.2.1 结构参数对吸声性能的影响  48-50
    5.2.2 共振频率的理论值与实验值对比  50-52
    5.2.3 正交试验设计优选结构工艺参数  52-54
  5.3 本章小结  54-55
6 宽频带高降噪性的复合构造木质吸声板  55-65
  6.1 实验材料与实验方法  55-57
    6.1.1 双层蜂窝夹芯木质吸声板的设计模型  55-56
    6.1.2 结构参数优选的正交试验设计  56
    6.1.3 吸声性能测试  56-57
  6.2 实验结果与分析  57-60
    6.2.1 正交试验结果  57
    6.2.2 极差分析  57-58
    6.2.3 方差分析  58
    6.2.4 验证试验  58-59
    6.2.5 与相近结构吸声板的性能比较  59-60
  6.3 提高表面装饰性能  60-64
    6.3.1 薄木贴面  60-61
    6.3.2 纸质贴面  61-62
    6.3.3 塑料贴面  62-63
    6.3.4 镂空木浮雕贴面  63-64
  6.4 本章小结  64-65
结论  65-66
参考文献  66-70
附录A  70-72
附录B  72-73
攻读学位期间发表的学术论文  73-74
致谢  74-75

QFD/TRIZ的集成应用与复合蜂窝夹芯构造木质吸声板开发研究

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