穿纤维微穿孔板吸声系数的有限元仿真

为拓宽微穿孔板的吸声频带,该文用有限元算法建立了典型微穿孔板和穿入不同数量金属纤维的微穿孔板模型,研究了两种微穿孔板的吸声系数、声阻抗和微孔内法向质点速度的空间分布,并进行了试验验证。有限元仿真和试验数据表明:穿入金属纤维可以拓宽微穿孔板的吸声频带,吸声系数也随纤维根数的增加而下降;吸声系数仿真结果与试验结果趋势一致,仿真模型可以有效模拟穿入纤维前后微穿孔板的吸声特性;穿入金属纤维导致黏滞效应引起的低质点速度区域增大,声阻增加,引起吸声系数的降低,而声抗变化不大。研究发现,有限元仿真方法适用于结构相对复杂的微穿孔结构的声学建模,能直观地体现微孔复杂结构的影响,值得继续深入研究和工程应用。     

微穿孔板吸声结构水下应用研究

马大猷教授提出的微穿孔板吸声结构在空气噪声降低和隔离方面得到了广泛的应用,但未见水下应用的相关研究和报道。本文将空气中微穿孔板理论应用到水中,得到了水下微穿孔板吸声结构的吸声公式。通过理论分析,得出了微穿孔板结构直接应用于水中无法获得宽频吸收的结论。提出了通过匹配液将微穿孔板间接应用到水下的设想。设计了单层板和双层板吸声结构,并对它们的吸声特性进行了理论分析与仿真。结果表明,本文设计的微穿孔板吸声结构在水中能够获得优于空气中的宽频带吸声效果。实验测量了自制的微穿孔板吸声结构,吸声系数的测量值与理论曲线基本吻合,从而验证了理论分析的正确性。     

微穿孔板几何参数估算及其对吸声性能的影响

不规则孔微穿孔板几何参数无法直接获知,造成吸声性能计算困难,故提出一种微穿孔板几何参数估算方法。将不规则孔等效处理为圆孔,利用马氏理论关于圆孔微穿孔板的基本理论,建立了微穿孔板几何参数估算模型;将参数估算结果用于吸声性能预测,理论计算与实验结果吻合。根据微穿孔板几何参数对高吸声性能区域的影响,探讨了马氏理论适用极限与微穿孔板几何参数的关系,以及微穿孔板受粉尘污染后吸声性能演变规律。将微穿孔板参数点取在面积较大的高吸声性能区域中间部位,可获得较大的马氏理论适用极限;微穿孔板参数点位于高吸声性能区域右上部位时,一定程度的粉尘污染不会降低吸声性能.      

三层微穿孔板的优化设计及特性分析

根据马大猷的微穿孔板理论,计算了三层微穿孔板的吸声系数.应用遗传算法对其结构参数进行了优化,并对其吸声特性进行了分析研究,与优化后的双层微穿孔板结构进行比较,结果表明:经过遗传算法优化后的三层微穿孔板在频域上能够获得更加饱满的吸声系数曲线,接近传统吸声材料的吸声性能.并且通过实验验证了优化设计的结果.     

机械阻抗与声阻抗结合提高微穿孔板低频吸声性能

提出了在微穿孔板后部引入机械阻抗形成组合结构来解决微穿孔板低频吸声性能差的问题。由机械阻抗板两侧质点速度相同得出机械阻抗单元的传递矩阵,采用传递矩阵法将其与空腔、微穿孔板单元串接,建立组合结构理论计算模型;通过分析品质因子获得带宽与机械阻抗板质量成反比;试验得出组合结构在400 Hz附近有系数为0.8以上的吸声峰值,试验结果与理论计算吻合。在传统微穿孔板共振吸声机制的基础上加入机械共振,能够实现在不增加结构厚度的前提下提高低频吸声性能;降低机械阻抗板质量并且适当控制边界阻尼系数可以实现吸声频带的拓宽。      

水下弹性微穿孔吸声结构吸声系数研究

利用模态叠加法建立了水介质微穿孔板的数学模型,基于声电类比法得到其等效电路模型。研究了弹性微穿孔板和弹性背腔对垂直入射吸声系数的影响。与空气介质中的微穿孔板不同,水下微穿孔板因结构阻抗不足,难以取得满意的吸声效果,为此提出了增强型微穿孔吸声结构,并在水介质阻抗管内对理论结果予以验证。结果表明,随着增强型弹性微穿孔板弯曲刚度的增大,其在[20,2000]Hz范围内的平均吸声系数得到提高,逐步趋近于刚性微穿孔板的结果,弹性背板使微穿孔吸声结构的吸声峰向低频移动,低频吸声效果得到提高。      

水下微穿孔吸声体结构设计与试验研究

根据马大猷院士的微穿孔板(MPP)理论,提出在可设计的夹芯复合隐身结构的空腔中附加微穿孔板层的水下微穿孔吸声体。基于微穿孔板的精确计算理论及水下声隐身结构的特点,考虑空腔深度、穿孔板厚度、穿孔直径及穿孔率等对微穿孔板吸声性能的影响,对水下微穿孔吸声体进行了结构设计。利用脉冲声管法对水下微穿孔吸声体试样的吸声系数进行了测量,结果表明:水下微穿孔吸声体有效地拓宽了低频吸声频带,其微穿孔板结构参数的影响规律也与理论分析一致;对于多种吸声机理并存的水下微穿孔吸声体的空腔个数、形状及谐振特性等也是影响吸声性能的重要因素,在实际的工程应用中必须结合所关心的频带对水下微穿孔吸声体进行匹配优化设计。      

阻尼耦合双层微穿孔板吸声体研究

提出并研究一种利用两板间微缝进行阻尼耦合的双层微穿孔板(DMPP)吸声体。该吸声体在两层微穿孔板(MPP)之间形成一个宽度小于1mm的微缝,因此其阻尼不仅可由板上的微穿孔提供,还可由两板之间形成的微缝提供。采用声电类比法建立了DMPP转移阻抗的理论模型,并进行实验验证,结果表明理论计算结果与实验吻合较好。然后利用建立的理论模型,对单层MPP和DMPP吸声体的吸声性能进行了对比研究,结果表明,相比于单层MPP,DMPP可以利用微缝提供的阻尼显著改善吸声性能,同时减少实际板厚。最后,对DMPP吸声体的吸声性能及其几何参数的关系进行研究,结果表明,当保持其它结构参数不变时,微缝宽度对DMPP吸声系数的提高存在一个最优值,超过或低于此值会导致吸声系数下降。     

扩散场内微穿孔板吸声特性的实验研究

在驻波管和混响场内对微穿孔板吸声结构做了吸声测量。同时在混响室对微穿孔板加吸声材料混合结构做了吸声测量。目的是了解微穿孔板在随机入射场或混响场内的吸声特性与垂直入射的关系。文中给出计算及测量结果,并说明了影响微穿孔板吸声结构特性的因素,以及在实际应用中的注意点。对今后要进行的工作提出了建议。     

穿孔率和穿孔直径耦合下微穿孔板吸声体整体吸声性能

微穿孔板几何参数的耦合性及其对整体吸声性能的影响,对于设计微穿孔板吸声体和优化其工作性能具有指导作用。根据微穿孔板吸声体基本理论,研究了穿孔率和穿孔直径双参数耦合作用下微穿孔板吸声体的整体吸声性能。穿孔率和穿孔直径之间的耦合性与其本身取值密切相关,而与板厚和板后腔深无明显关系;在穿孔率-穿孔直径参数域上,吸声体存在吸声系数为1.0的吸收峰,整体吸声性能随穿孔率或穿孔直径从小到大变化,呈现出先增强后减弱的变化趋势。该结论能够准确解释微穿孔板受粉尘污染后吸声性能的变化规律和演变路径。论文的工作为设计微穿孔板吸声体提供了一种新的理论依据和实施方法。      

内置谐振器的轻薄宽频吸声器结构设计与分析*

微穿孔板吸声器的吸声频带相较于亥姆霍兹谐振器更宽,但其低频吸声的实现需要较大的空气背腔,这对结构尺寸有限制的场合存在一定局限性。本文设计了一种轻薄吸声降噪结构(内置亥姆霍兹谐振器的微穿孔板吸声器,简称MPPHR),将微穿孔板吸声器与亥姆霍兹谐振器进行了结合,提升吸声器的低频吸声性能的同时兼具了微穿孔板宽带吸声的优点。首先基于微穿孔板和亥姆霍兹谐振器理论建立了等效电路模型并计算了结构的声阻抗。然后通过有限元对MPPHR的吸声特性进行了参数研究。最后验证了MPPHR的声阻抗模型和有限元仿真的准确性。研究结果表明：MPPHR结构拥有更宽吸声频带,厚度仅为30mm的MPPHR的半吸收频带可达1294Hz,相较于同等厚度下的微穿孔板吸声器宽近500Hz。此外,MPPHR拥有更好的低频吸声效率。     

微穿孔板吸声结构在阶梯教室中的声反射和声吸收性能分析

依据马大猷教授的微穿孔板基本理论,在对微穿孔板吸声结构完成吸声理论计算结果的基础上,进行参数选择并设计了微穿孔吸声反射板结构,用于新建的阶梯教室中。分析了这种微穿孔吸声反射板结构在阶梯教室中的声反射和声吸收的性能。经现场测试与主观评价,表明了此方法对阶梯教室控制音质效果的有效性和可行性。     

计及孔间相互作用的微穿孔板吸声特性研究

计算微穿孔板吸声系数时,假设孔间的相互作用可以忽略。计算具有不同直径微孔的穿孔板吸声系数并提高其计算精度,孔间的相互作用不能再忽略。在马大猷、Melling(梅尔林)等前人研究的基础上,根据声波辐射和传播原理,分析微孔之间的相互作用,通过修正微孔的实际等效长度,得到计及孔间相互作用微孔板吸声系数模型,并进行理论计算和实验测试。研究结果表明:影响微穿孔板吸声系数除结构参数外,还应考虑孔间的相互作用;计及微孔板各孔间相互作用,能提高共振频率、吸声系数理论值的计算精度,计算值逼近实验测试结果。     

微穿孔板吸声体的研究进展

简述了马大猷教授的微穿孔板基本理论、微穿孔板吸声体在扩散声场以及在高声强环境下的理论要点。比较详细地讨论了30年来与马大猷教授所提理论相对应的实验研究结果及应用发展情况。基于马大猷教授的基本理论,提出了一种新的相关衍生结构——管束微穿孔板。对微穿孔板吸声体的发展趋势做了展望。表明:微穿孔板吸声体将成为新世纪的绿色理想吸声材料。     

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。      

微穿孔板的实际极限

对微穿孔板吸声器的构造和吸声特性进行了分析。曾认为低穿孔常数和孔径小可导致宽频带内的高吸声特性。为求得极限,从穿孔系数为1,孔径0．1 mm开始,因为负载声阻和吸声系数可接近1,高吸声系数的共振频率可达1000 Hz,高频率可在吸声范围之内。单片微穿孔板可否用于平常噪声控制,在宽频带内吸声较大?为了比较,半吸声带宽不适用,因为可能包括低吸声系数。建议用吸声系数0．5作为实际吸声底线,为比较微穿孔板的统一标准。更以吸声系数的频率曲线以进行详细比较。负载声阻为1(声阻等于空气特性阻抗)时,微穿孔板的吸声范围约为2．5倍频程,比常用的微穿孔板稍好。负载声阻大于1时,吸声的频率范围显著增加,有些适合宽频带高吸收的要求。将其实现可能是微穿孔板吸声器的重大发展。     

微穿孔板结构的设计

微穿孔板结构是无需多孔性材料的宽带共振吸收系统,这是过去为使吸声结构不受使用条件而研制的。在本文中,对穿孔板及穿孔板结构的特性做了进一步的分析,求得给定简单共振系统的吸声特性直接了当计算其结构参数的方法,简化了设计工作。对双层微穿孔板结构,证明其高频率特性基本与简单共振结构相同,次级共振结构的作用主要是使有效空腔在低频加大,因而展宽低频响应,这也使设计化简。文中还讨论了根据结构求出吸声特性的方法。     

面向微穿孔板吸声结构和吸声特性混合设计的软件平台

微穿孔板吸声结构是由微穿孔板与板后空腔组成的共振吸声结构,被认为是继多孔吸声材料之后发展起来的最有吸引力的吸声结构,其吸声特性与结构参数孔径d、板厚t、孔距b及空腔深度D有关,如何按需设计一个有效的微穿孔板吸声结构已成为目前研究的热点。本文从微穿孔板吸声结构和吸声特性混合设计的角度出发,使用面向对象的编程语言C++开发了微穿孔板吸声结构设计平台。与以往设计方法不同,本文开发的软件平台综合考虑了结构参数和吸声特性参数两方面的限制,根据实际应用要求平衡微穿孔板吸声结构的最大吸声系数与吸声带宽之间的制约关系,并以饱满的吸声曲线为目标,提供满足混合设计要求的优化结构参数。     

微穿孔吸声体随机入射吸声性能

依据“扩散场内微穿孔板吸声特性的实验研究”一文初步实验结果,对微穿孔板吸声体在扩散场内吸声特性进行了进一步探讨。在穿孔板常数K值较大时,（K＞2）,发现扩散场吸声特性与垂直入射情况相似但移到较高频率范围,除主要吸声频带外,在较高频率由于余切函数的多支性,还有次吸声频带但影响较小．k值较小（K≤2）时,扩散声场吸声特性在高频段的次吸声频带越来越重要,逐渐成为吸声的重要因素,使微穿孔板吸声结构在三或四倍频程以上具有高吸声系数,增加了它的实用价值。文中对扩散场内微穿孔扳吸声性质的变化作了具体计算并作了解释．     

微穿孔板抑制不稳定燃烧的声学数值仿真

为了研究微穿孔板吸声结构对不稳定燃烧的抑制作用,采用高精度的计算气动声学(Computational Aeroacoustics,CAA)方法开展时域下的数值仿真。首先对带有压力时滞模型的三维声学扰动方程进行求解,给出发动机不稳定燃烧的频率信息。然后通过解析模型分析微穿孔板吸声结构的阻抗特性,并由多自由度宽频阻抗模型模拟微穿孔板对该不稳定频率的抑制作用。仿真捕捉到的不稳定燃烧频率与地面试车测得的频率相一致。表明采用的计算气动声学方法及相应模型可以准确地捕捉不稳定燃烧的频率信息,并分析微穿孔板对不稳定燃烧的抑制作用,对于工程上快速预测不稳定燃烧具有一定意义。