金属橡胶材料声学参数理论计算及实验研究

研究了用于理论分析金属橡胶材料吸声特性的声学参数。依据金属橡胶材料是均匀、各向同性的多孔材料条件,推导出金属橡胶材料有效声速、特性阻抗、传播常数等声学参数的理论计算公式.确定了金属橡胶材料结构常数和流阻率的计算公式,通过实验研究获得并分析了不同结构参数金属橡胶材料的结构常数值。比较分析了金属橡胶材料特性阻抗和传播常数的实验值和理论值.研究结果表明:用均匀、各向同性的多孔材料理论模型计算金属橡胶材料声学参数方法是可行的.     

基于压电材料的薄膜声学超材料隔声性能研究

针对低频噪声的隔离问题,设计了一种基于压电材料的可调控薄膜声学超材料,该材料由压电质量块嵌入弹性薄膜制成.建立了材料的有限元分析模型,并且计算了材料的各阶特征频率与20—1200 Hz频段的传输损失曲线,并通过实验验证了有限元计算的真实性.计算结果表明:此声学超材料在20—1200 Hz频段内隔声性能良好,存在两个50 dB以上的隔声峰与一个可调式的隔声峰.通过分析简单结构的首阶共振模态并构建其等效模型,从理论上探究了结构参数对薄膜声学超材料隔声性能的影响,并通过有限元计算验证了其等效模型的正确性;综合分析材料的特征频率与传输损失曲线,进一步讨论了结构的隔声机理,分析结果表明,在特征频率处,薄膜的"拍动"会导致声波在其后的传播过程中干涉相消,实现声波的衰减;通过Fano共振理论,探究了各共振点处传输损失曲线特征不同的原因;压电质量块与外接电路组成LC振荡电路,在电路的共振频率处,压电材料的振动可以吸收声波的能量从而造成一个隔声峰,同时可以改变外接电路的参数来调整电路的共振频率,从而实现对隔声性能的调控.最后,探究了压电质量块偏心量对材料性能的影响,并通过有限元计算验证了材料隔声性能的可调性.研究结果为可调式薄膜声学超材料的设计提供了理论参考.     

分布式位移传感下的有源声学结构误差传感策略

有源声学结构是近年来提出的一种控制结构低频声辐射的有效方案,它是智能结构在噪声控制领域中的具体应用,而实现该结构的关键问题之一是近场误差传感。本文提出将分布式位移传感材料PVDF敷设于有源声学结构初、次级板表面,用有限个PVDF、对测量辐射声功率实现有源声学结构的近场误差传感。论文首先建立了有源声学结构理论模型,然后基于声辐射模态概念和PVDF传感模型,推导了PVDF形状系数理论公式,最后用一系列的计算机仿真实例给出了初、次级板PVDF形状及有源控制效果,证明所提出的方案是有效的。     

双倒易边界元法应用于预测三维势流管道和消声器声学特性

将双倒易边界元法应用于预测具有三维势流存在时管道及消声器的声学特性,阐述了其基本原理与数值过程.与传统边界元方法相比,该方法考虑了声学控制方程中气流马赫数二阶小量的影响,因此适用于具有较高马赫数亚音速流的情况.使用双倒易边界元法预测有气流存在时管道和变截面膨胀腔的四极参数,并与一维解析解和传统边界元法结果进行了比较,从而验证了该方法的正确性.利用双倒易边界元计算并分析了不同结构类型消声器的传递损失,结果表明,三维流对复杂结构的消声器声学性能的影响是不可忽略的.     

分层吸声结构的声学设计与性能分析

本文给出了声波在多层介质中的传播方程，通过数值计算，分析了各层参数对分层吸声结构声学性能的影响规律。用参数匹配方法，对多层吸声结构各层材料的参数进行设计。结果表明，通过合理分布各层材料，多层吸声结构可以在较宽频段上达到满意的吸声性能。     

水下材料声学性能宽频段测量方法

本文根据脉冲法和传递函数法的测试原理,建立水下声学材料吸声性能宽频段测量方法,在同一水声声管,相同状态下,对橡胶材料吸声性能进行测试分析。分析表明:常压及加压环境下,采用传递函数法和脉冲法测量材料的吸声性能,在重合频段(4 kHz～5.5 kHz)测试结果基本一致,测试偏差小于5%,从而验证了不同测量原理,测试材料水下声学性能的通用性。因此,采用传递函数法和脉冲法,可以实现水下材料声学性能宽频带测试。     

膨胀腔类超材料的传递损失研究*

声学超材料及结构已被广泛研究,其超结构通常利用3D打印技术实现,当结构刚度较小或者面积较大时,由声固耦合所导致的声学效果与设计不符的情况广泛存在。本文针对含有膨胀腔类的超材料,研究了声固耦合对其声学性能的影响,采用有限元计算结合阻抗管实验的方法,得到其传递损失,分析了声固耦合现象对传递损失的影响。结果表明：薄壁膨胀腔结构的作用频率范围与只考虑声学理论计算的设计不符,声固耦合现象对传递损失产生显著影响;采用增加膨胀腔壁厚、减少膨胀腔内径或选择金属材料的方式,都可以使得声固耦合现象对传递损失的影响减小;仿真结果与实验结果基本吻合。该研究结果说明：对于膨胀腔类超材料,当刚度较小或者面积较大时,对其进行声固耦合分析是完全必要的。     

膨胀腔类超材料的传递损失

声学超材料及结构已被广泛研究,其超结构通常利用3D打印技术实现,当结构刚度较小或者面积较大时,由声固耦合所导致的声学效果与设计不符的情况广泛存在。该文针对含有膨胀腔类的超材料,研究了声固耦合对其声学性能的影响,采用有限元计算结合阻抗管实验的方法,得到其传递损失,分析了声固耦合现象对传递损失的影响。结果表明:薄壁膨胀腔结构的作用频率范围与只考虑声学理论计算的设计不符,声固耦合现象对传递损失产生显著影响;采用增加膨胀腔壁厚、减少膨胀腔内径或选择金属材料的方式,都可以使得声固耦合现象对传递损失的影响减小;仿真结果与实验结果基本吻合。对于膨胀腔类超材料,当刚度较小或者面积较大时,对其进行声固耦合分析是完全必要的。     

多重散射方法研究轴对称空腔覆盖层的声学特性

发展了一种多重散射方法研究声学覆盖层的半数值半解析模型,分析了影响轴对称空腔结构声学性能的主要能量耗散机制。在球坐标条件下推导出轴对称空腔结构的位移和应力场基函数,通过对空腔表面基函数的数值积分,得到散射波和入射波之间的传输矩阵方程,结合分层介质声传播理论计算了周期性空腔结构覆盖层的反射、透射和吸声性能。研究结果表明;空腔共振是低频能量耗散的主要形式,边界条件对材料空腔结构的谐振特性影响很大,利用双空腔耦合共振可以拓宽材料的低频吸声频带;背衬对材料的高频吸声影响较小,材料的高频能量损耗取决于空腔的散射和波型转换特性。      

微穿孔板复合板型声学超材料的低频吸声

针对单层微穿孔板的低频吸声问题提出了微穿孔板复合板型声学超材料结构。将板型声学超材料置入微穿孔板结构的背腔内部实现结构复合。实验结果表明:在相同背腔厚度下,复合结构的吸声性能整体优于单层微穿孔板结构,其中复合结构的吸声曲线从396~892 Hz均大于0.6,在453 Hz处吸声系数达到0.972。利用有限元方法对复合结构进行了仿真,仿真计算的吸声曲线与实验吸声曲线的趋势基本相同,同时发现低频吸声主要由板型声学超材料与声波相互作用贡献。板型声学超材料的吸声峰值的对应频率处,其等效动态质量密度从正变负。在复合结构内部的微穿孔板和板型声学超材料存在相互耦合作用,使得复合结构的第一峰值发生微小偏移。增加板型声学超材料的质量块重量可以使第一吸声峰值向低频移动;保持总背腔厚度不变,增加板型声学超材料的子腔厚度,也可以使第一吸声峰向低频移动。