用传递矩阵法预测单层或多层微孔板的吸声性能

提出用实验测得含不同孔径孔的微孔板声阻抗率来预测由其形成的单层或多层微孔板的吸声特性，并用传递矩阵法来预测该微孔板的各种组合结构的整体吸声性能。采用该方法获得的微孔板吸声性能曲线与实测结果相当接近，能较好地预测各种组合微孔板的吸声性能。表明传递矩阵法是预测较复杂形式微孔板结构吸声性能的一种有效的方法。     

锥形颈部赫姆霍兹共振器声学性能预测

锥形颈部赫姆霍兹共振器具有更好的低频消声能力,而其声学性能尚无准确解析预测方法。为了研究其声学性能,在声学长度修正的基础上,利用一维解析方法建立了用于计算传递损失的一维修正模型。运用分割法计算锥形管内部声传播的声学长度修正,并给出了声学修正长度计算公式。采用得到的锥形管声学修正长度和一维修正模型,计算出的锥形颈部赫姆霍兹共振器频率与有限元及实验测试结果偏差在2 Hz以内,明显优于不修正的计算结果。表明锥形管声学长度修正法提高了一维解析方法的精度,从而可以快捷准确的预测锥形颈部赫姆霍兹共振器的消声性能。      

穿孔板的声学厚度修正

使用有限元法计算穿孔板的声学厚度修正系数,研究穿孔率、穿孔板厚度、孔径和穿孔排列形式对声学厚度的影响,获得了穿孔率低于40%的穿孔板的声学厚度修正系数.计算结果表明:穿孔板厚度、孔径和排列形式对声学厚度的影响不大;穿孔率对声学厚度影响很大.基于数值计算结果给出了声学厚度修正系数的近似表达式,利用由该表达式形成的穿孔声阻抗公式计算了穿孔管消声器的传递损失,计算结果与实验结果吻合良好,从而验证了应用该表达式预测穿孔管消声器消声性能的准确性.     

基于散射矩阵法的飞机壁板声学优化设计

采用散射矩阵法分析夹层板结构声学特性,并对典型的夹层板结构即飞机壁板进行声学优化,预计飞机壁板隔声特性,获得蒙皮、隔声隔热层、内饰板及它们的组合结构的声学性能。针对尾吊飞机客舱后部噪声过大问题,通过增加铺设隔热隔声层以及部分区域优化安装阻尼层等一系列被动降噪处理方法,对主要传递路径的飞机壁板结构进行优化,降低客舱后部噪声水平,并进行试验验证。试验结果表明:散射矩阵法可快速准确获得夹层结构的隔声性能,并与混响室法测试结果吻合较好;在厚度不变的前提下,改变隔热隔声层的铺设方式和材料密度对壁板隔声性能影响较小,但在蒙皮内侧粘贴阻尼层能在一定频段范围提高壁板隔声性能;将优化的壁板构型应用到飞机后舱段侧壁板,舱内噪声水平可降低约3 dB。     

多层微穿孔板结构声学性能计算方法对比分析

计算多层微穿孔板结构声学特性方法传统主要用声电类比法,目前出现阻抗转移法和传递矩阵法,对比分析这三种计算方法,同时进行相应的实验验证。结果表明:阻抗转移法和传递矩阵法实质上是相同的,这两种方法计算结果与实验结果吻合良好。声电类比法在空腔较大时计算结果偏离实验值,原因是声电类比法采用集总参数分析,计算多层结构时,空腔单元只考虑声顺,忽略声质量,导致误差。阻抗转移法和传递矩阵法不存在这一误差,计算准确。     

等截面消声管道传递损失计算的简化方法

本文提出了等截面消声管道传递损失计算的简化方法，方法利用消声管道截面形式的特点，将三维声学计算问题简化为二维问题，消声管道的传递损失可以表示为与轴向波数有关的表达式，轴向波数可以通过计算截面的特征值得到。对于规则截面结构，使用传递矩阵法计算特征值；复杂非规则截面的特征值使用二维有限元方法得到，进而可以计算消声管道的传递损失。仿真结果与文献中的数值方法及实验值在较宽的频率范围内吻合较好，说明了方法的正确性，此外，该方法可以考虑均匀流对消声管道声学性能的影响。方法的计算效率高，对消声管道的前期优化设计具有实际意义。     

消声管道声学性能计算的二维等几何有限元方法及应用

将等几何有限元方法应用于消声管道的声学性能计算,使用二维等几何有限元方法求解管道截面的声学特征值,考虑了存在穿孔边界和吸声材料边界的情况,进而使用特征值计算消声管道的传递损失。对包覆式消声管道进行传递损失的计算,结果与二维有限元方法吻合较好.对圆形截面的特征值计算结果表明,在计算量相同的情况下,等几何有限元方法取得了比传统有限元方法更好的计算精度.在不同结构参数条件下对消声管道的声学性能进行计算,结果与三维数值方法吻合良好。方法能够在宽频范围内较好地预测消声管道的传递损失。      

基于单元辐射叠加法的结构声源声场重建方法

为了提高分布式结构声源的声场重建精度,本文提出了基于单元辐射叠加法的结构声源声场重建方法.该方法首先利用声场叠加原理和结构振声传递特性,建立了结构声源表面振动与辐射声场之间的振声传递关系解析表达式,得到便于快速计算的振声传递矩阵,能够解决连续分布、相干结构噪声源的声传播模型精细化表征问题.然后利用振声传递矩阵作为传递算子进行声场重建,并与迭代加权算法相结合.通过将基于单元辐射叠加法的声场预报结果与解析法预报结果进行比较,验证了单元辐射叠加法具有较高的准确性.并将基于单元辐射叠加法的声场重建方法与传统等效源法近场声全息和迭代加权等效源法相比较,通过仿真分析与矩形板声场重建实验证明了基于单元辐射叠加法的声场重建方法能够改善结构声源的声场重建精度并增大近场声全息的有效测试距离范围.     

变厚度圆板、环板振动分析的传递矩阵法*

变厚度圆板和环板是在工程设计中经常遇到的一类构件,与等厚度板相比,通过适当的沿径向厚度的变化,这种变厚度板在振动、失稳、弯曲等方面能起到更好的效果。将沿径向任意变厚度圆板、环板划分为一系列等厚度环板单元,基于Mindlin中厚板理论采用逆向推导的方式推导了其传递矩阵,建立起变厚度圆板、环板的频率方程。通过计算线性变厚度环板自由振动时的频率,并与ANSYS模态分析结果相比较,验证了计算模型的精确性。逆向推导法避免了高阶数传递矩阵推导复杂的问题,是对传递矩阵法的很好推广。     

水下穿孔板结构的透声特性研究

穿孔板结构在水下有着非常广阔的应用前景,但是目前相关的研究报道非常少.基于空气中穿孔板吸声理论,综合考虑小孔的末端修正,给出了较为准确的水下穿孔板声阻抗表达式.利用传递矩阵法分析了水下穿孔板结构的声压透射特性,得到了垂直入射声压透射公式.对影响穿孔板结构透声性能的主要因素进行了详细的仿真分析,得到了一些重要的结论.采用四传感器测量方法在驻波管中对自制的穿孔板结构进行了测试,实验结果与理论分析基本一致,从而验证了理论分析的正确性.本文为水下穿孔板结构的设计提供了详细的理论和实验依据.     

Sound insulation characteristics of multi-layer structures with a microperforated panel

Multi-layer structures have issues with sound insulation at low and mid-frequencies due to mass-air-mass resonance. The purpose of this study is to investigate improvements to the sound insulation performance of multi-layer structures using a microperforated panel (MPP), which can absorb well over a wide frequency range. Although MPPs have been investigated over the last several decades, almost all studies have been conducted in terms of sound absorption. Herein the sound transmission loss of multi-layer structures with flexible MPPs of infinite extent is theoretically investigated. The calculation is based on the wave equation and the equation of panel vibration including the effect of perforation of the panel. Additionally to consider a more realistic sound insulation performance, the effect of the directional distribution of the incident energy in a reverberation chamber is taken into account. Experiments are conducted using an acoustic tube to validate the calculated results and the reverberation chamber method to verify the actual sound insulation characteristics. Both experiments agree well with the theoretically calculated perforation effects. Consequently, MMPs are confirmed to improve the deterioration of sound insulation performance due to mass-air-mass resonance of multi-layer structures.     

经典局域共振型水声超材料的吸隔声性能研究*

基于水声超材料吸声机理和多层平行介质平面波理论,建立局域共振型水声超材料结构,通过COMSOL进行建模计算,研究该结构的吸声性能机理,此外为了验证钢背衬的隔声性能,在该水声超材料结构基础上添加一层0.005m厚的钢背衬进行仿真对比。研究结果表明,在频段为200Hz-4000Hz时,水声超材料声学性能较好,吸声性能整体较优,且添加钢背衬的水声超材料隔声性能较优,甚至在某频率点达到15dB的隔声差值;此外通过位移场图进一步揭示水声超材料的吸声机理,发现水声超材料结构的位移场和钢背衬都对吸声性能会产生影响,钢背衬通过影响共振吸收来影响吸声性能,而位移场则通过位移幅度大小影响吸声性能。     

主变压器噪声特性分析及复合隔声结构设计*

超高压变电站的主变压器的噪声影响已引起广泛关注。以某典型化设计的500kV变电站A的主变压器为例,进行了现场测试,得到其主变压器噪声能量主要集中在中低频范围内,且具备明显的线谱噪声特征。针对该噪声特点,提出了一种内插微穿孔板的双层带孔板型声学超材料的复合隔声结构。使用传递矩阵理论对该复合结构进行了分析,并在阻抗管中进行了实验验证。实验结果表明：该复合隔声结构具备针对性隔声要求,理论与实验传递损失曲线基本吻合。     

多层多孔吸声材料结构参数优化设计*

高开孔率的发泡材料(如三聚氰胺、聚氨酯发泡材料)具有优良的吸声、隔热防火、防腐及环保性能,可以作为吸声、阻尼等材料应用于建筑、航空、交通工具等领域。该文基于Biot理论和多层介质声波传播理论(传递矩阵法),建立多层多孔吸声结构背衬刚性壁的理论模型,利用遗传算法优化多层结构厚度和质量。将理论模型计算结果与阻抗管测试结果进行对比,验证了理论模型的准确性。结果表明:优化后的多层多孔吸声结构在整体厚度降低18 mm的基础上,吸声能力并未降低,且部分结构低频吸声增强,结构的整体重量也有所降低,达到轻薄化的目标,具有较大的应用价值。     

Enhancement of low-frequency sound absorption of microperforated panels by adding a mechanical impedance

In order to solve the bad low frequency sound absorption of the Micro-Perforated panel(MPP)absorber,mechanical impedance was introduced in the back of the MPP absorber to form a composite structure.According to the same particle vibration velocity on both sides of a plate,the mechanical impedance plate transfer matrix could be obtained.The units of the mechanical impedance,cavity and MPP were connected in series with the use of the transfer matrix method,thus creating the composite structure’s theoretical calculation model.The quality factor affecting absorption bandwidth was analyzed.Bandwidth is inversely proportional to the mechanical impedance plate mass.During the experiments,when at close to 400 Hz,the composite structure reached an absorption peak with a coefficient of above 0.8.Experimental results concurred with theoretical calculations.Mechanical resonance is added based on the traditional MPP resonance sound absorption mechanism.Through this,the performance of low frequency sound absorption can be improved without increasing the thickness of the structure.The frequency band can be broadened by reducing the mechanical impedance plate mass and controlling its boundary-damping coefficient.     

Mechanisms of active control of noise transmission through triple-panel system using single control force on the middle plate

This paper presents an active triple-panel sound insulation structure with an idealized controllable point force acting on the middle plate. A novel analytical approach based on sound energy transmission rule is proposed to achieve the physical mechanism study. The transfer impedance matrix of the incident and middle plate is calculated using numerical approach. And the rule of sound energy transmission through the triple-panel structure is concluded by indirectly analyzing the radiated sound power of the three plates. Finally the physical mechanism of noise insulation is investigated from the point of view of the change in behaviors of energy transmission in controlled and uncontrolled conditions. Results obtained demonstrate that there exist four different energy transmission paths for four panel mode groups. The energy transmission is independent in each path and they are all of band-pass characteristic. The role of the middle plate and two cavities is very similar to the band-pass filter whose pass-band is different for different mode groups. The essence of active noise insulation lies in the fact that the energy transmission in each path is suppressed in its pass-band after control. This greatly improves sound insulation capability of the triple-panel structure and leads to sound propagation being blocked.     

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。      

径向声子晶体隔声特性*

该文构造了由两种匀质材料交替分布的径向声子晶体柱壳模型。首先,针对声波在其中的轴对称传播情况进行了理论分析,建立了声波由内向外传播的传递矩阵,进而导出了声压透射系数和隔声量表达式。采用数值分析的方法系统地讨论了径向声子晶体柱壳的隔声特性,并与单一材质柱壳的传播规律进行对比分析,其次,借助有限元仿真分析的手段对数值结果进行了验证。最后,详细分析了内外流体的特性阻抗对径向声子晶体柱壳隔声特性的影响,得到了相应的参数影响规律。研究表明,径向声子晶体柱壳存在声波带隙,导致其在带隙范围内的隔声效果远远优于单材质柱壳,并且该结构的固有特性突破了质量定律的限制;声波带隙内表面局域态现象出现与否由内外声场和结构场共同决定。     

双层弹性支撑板的水下宽带隔声

为实现水下宽带隔声,提出了一种由弹性元件支撑两块刚性端板构成的双层弹性支撑板结构。采用弹簧振子振动分析法和声传播理论,建立了平面波入射的水下隔声理论模型,分析了结构参数对隔声量的影响规律,结果表明足够小的弹性元件单位面积弹性系数或足够大的端板单位面积质量都可以连续一致地提高隔声量.仿真分析了双层弹性支撑板的振动位移和声输入阻抗,比较了双层弹性支撑板与连续介质层的隔声特性,结果表明,降低弹性元件质量,有助于在低频段消除半波全透射现象.在同厚度、同质量、同静态压缩率条件下,双层弹性支撑板能更好的降低两侧流体的振动及声耦合,隔声频带更宽,带内一致性更好,隔声量更大.