双层加筋结构有源隔声物理机制研究

深入分析双层加筋结构有源隔声的物理机制有助于控制系统的优化设计。用模态叠加法和声振耦合理论对双层加筋有源隔声结构建模。在辐射加筋板声功率最小的控制条件下,从模态耦合的角度对有源隔声的物理本质进行了详细阐述。分析结果表明,由于双层加筋板中筋的耦合作用影响,系统的声能量传输规律及有源隔声机理与现有的模态分析结论相比均发生改变。结合筋的耦合影响,对空腔声场的模态抑制与重构机理进行修正和补充,清晰解释了双层加筋结构有源隔声的物理本质。      

双层加筋结构有源隔声物理机制研究

深入分析双层加筋结构有源隔声的物理机制有助于控制系统的优化设计。用模态叠加法和声振耦合理论对双层加筋有源隔声结构建模。在辐射加筋板声功率最小的控制条件下,从模态耦合的角度对有源隔声的物理本质进行了详细阐述。分析结果表明,由于双层加筋板中筋的耦合作用影响,系统的声能量传输规律及有源隔声机理与现有的模态分析结论相比均发生改变。结合筋的耦合影响,对空腔声场的模态抑制与重构机理进行修正和补充,清晰解释了双层加筋结构有源隔声的物理本质。     

极点配置法弹性平板有源隔声系统优化

对混响声场中的弹性平板有源隔声系统进行优化。根据激励频率范围确定受控模态阶次,在模态空间中建立系统降阶方程,基于极点配置方法,采用分布式系统增加受控模态的阻尼,降低低频共振声传输。同时设计模态滤波器,为控制器提供所需的状态信息。为提高控制效能,本文对传感器和作动器布放位置进行优化,尝试不同极点配置方案,并对耦合控制与独立模态控制方法的隔声效果进行比较。仿真结果显示,极点配置法有源隔声可以有效降低共振声传输,优化布放和独立模态控制方式下,控制力明显降低。优化后的有源隔声系统效能有所提升。      

充液管路系统流体声与结构声的复合有源控制

采用基于谐频自适应控制算法的有源消声与消振系统对充液管路系统突出的低频线谱噪声进行有源控制实验研究.建立了泵水循环管路实验系统,在管路中安装有源消声器对流体声进行控制,在管路出口障板上采用8×8通道有源消振系统控制结构声辐射。开展的低频线谱噪声与振动有源控制实验结果表明,在50~200 Hz频带内,通过结合有源噪声与振动控制可在多数频点取得10 dB以上的降噪效果。针对该实验系统,通过分别控制流体声和结构声分析了两者的贡献.实验结果验证了有源消声与消振系统具有较好的降噪性能,各频点处流体声与结构声占比情况不同,需要综合控制流体声与结构声才可以取得显著的降噪效果。      

轻质金属三明治板的隔声性能研究

基于金属三明治板的周期特性,建立了其夹芯层等效弹簧和扭簧组合模型.利用所建立的模型和空间谐波展开法,首先研究了中间为空气腔的双层板的隔声性能,理论结果与实验结果取得较好的一致,验证了模型的合理性;并进一步研究了中间层为瓦楞加筋三明治板的隔声性能.结果表明,声波入射角以及瓦楞加筋板与平板的夹角对其隔声性能影响显著,适当改变瓦楞加筋板与平板的夹角可以有效避开结构的隔声低谷;三明治板对垂直入射声波的隔声效果最好.     

基于平面声源的三层有源隔声结构物理机制研究

次级源为平面声源的三层有源隔声结构,深入理解有源隔声的物理机理有助于挖掘降噪潜力及实现系统优化设计。首先对三层有源隔声结构建模并求解系统的振动响应。然后,对控制前三层结构中声能量的传输规律进行深入分析。最后,在辐射板声功率最小条件下,通过分析控制前后声能量传输特性的变化阐述了隔声的物理机理。结果表明,声能量在三层结构中传输形成四个等效的传输通道,中间板与两腔的作用类似带通滤波器,不同的传输通道具有相似的带通特性。有源隔声机理在于,通过控制抑制了通带内的能量传输,显著提高了三层结构整体的隔声性能,从而有效阻止了声波的向后传播。      

水下充水圆柱声腔内声场自适应有源控制实验研究

本文研究了有限长充水圆柱置于水中，外声场透射形成的腔内声场自适应有源控制实验研究，结果显示，由于圆柱结构与水介质的耦合，有源控制中的声控制方法能够较好的抵消声腔主导模态和强耦合的结构主导模态，因而能够抵消在圆柱腔内较宽频带范围的声场，实验还研究了消声频带，误差传感器布放位置及肖声区域等问题。     

正交加筋板声透射的板梁理论模型研究

为了研究正交加筋板的声透射问题,基于经典薄板和梁振动理论,建立了正交加筋板声透射的板梁理论模型。首先通过分析加强筋的受迫弯曲和扭转运动,求得了平板和加强筋线接触之间的反力和反力矩,然后将其引入到平板振动控制方程中,得到了正交加筋板声振方程,最后采用空间谐波展开法求解该方程得到了传声损失的表达式;在此基础上,首先研究了无限大平板和单向加筋的隔声性能,通过与解析解及两种简化模型的计算结果作对比,验证了所建理论模型的有效性;并进一步研究了加筋形式对正交加筋板隔声性能的影响。结果表明:选择合适的加筋形式可以有效避开结构的隔声波谷。      

有源声学结构降噪的物理机制分析

有源声学结构是近年来提出的降低结构低频声辐射的有效方案,对其降噪中的物理机制进行分析将为系统优化设计、次级源和误差传感器布放及控制目标选取等关键问题提供直接指导。文中在最小辐射声功率条件下,从控制前后初、次级结构的辐射声功率变化以及声场中声强的分布来阐述降噪中的物理机制,研究结果表明:降噪中的能量转换分为能量抑制、能量吸收及能量反吸收三种机制;对于近场声强分布,有源控制效果主要通过声强幅度抑制和声强方向调整两种机制体现,部分区域的声能量在控制前向远场传递,控制后则流向声源。     

双层板腔结构声传输及其有源控制研究

利用子系统模态综合方法,结合阻抗-导纳矩阵法,建立了双层板腔结构向自由空间声传输及其在入射板PZT控制、辐射板PZT控制,和腔中次级声源作动等多种控制策略下,系统物理模型的统一的分析模型,导出了系统模态响应及最优次级源强度的统一的阻抗-导纳矩阵表达式。该模型表达式各部分物理意义清晰、明确,便于进行系统耦合理论、有源控制及其机理的分析和数值研究。然后,在此基础上对双层板腔结构声传输有源控制进行了全面深入的数值计算和分析研究,重点探讨了控制方法策略及系统参数对有源控制效果的影响及其对应的控制机理。结果表明:入射板PZT作动辐射声功率最小控制策略是通过入射板、声腔和辐射板三个子系统的模态抑制或重组达到消声的目的,涉及多种复杂控制机理,对入射板、辐射板和声腔模态均有效,但对入射板模态更有效;在低频段声腔(0,0,0)模态在系统耦合响应中起主导作用,因此利用腔中次级声源作动能获得较理想的控制效果,是一种较好的控制策略;由于声腔模态与结构模态间复杂的耦合关系,使得某些频率处腔中声势能一定程度上的降低并不一定导致系统声传输损失的增加,因此,腔中声势能最小控制策略不一定能够获得理想的声传输控制效果。      

一种数字有源降噪耳机控制器设计方法

为了得到一种作用于低频宽带噪声的有源降噪耳机,采用固定系数的数字控制器实施降噪,并提出了一种前反馈混合的控制器设计方法。比较了前馈及混合两种控制模式下对低频宽带噪声的控制效果;进一步提出了一种综合优化方法,改善噪声不同角度入射下的降噪性能。仿真和基于DSP平台的实验表明,提出的方法对多方向入射的20～1500 Hz低频宽带噪声均具有较好控制效果。     

用于开口声辐射控制的虚拟声屏障实现 方法及机理研究*

建筑物通常留有开口以便人员物料的进出及室内的自然通风采光,但这些开口也是噪声传播的途径。传统被动噪声控制方法需要将开口封闭,且对低频噪声的控制效果不好,故引入有源噪声控制技术降低室内声源通过开口的声辐射。基于惠更斯原理,均布开口的次级源和误差传声器构成的平面型虚拟声屏障可以实现对开口声辐射的有效控制,数值仿真和实验已证明其有效性。将次级源安装在开口边界更有利于保留开口的功能且方便实际安装,但这样的单层边界虚拟声屏障降噪效果存在上限,仅能在低频段实现全局控制。和单层边界次级源相比,双层边界次级源可显著提高降噪量和有效降噪频率上限。该文回顾了开口声辐射有源控制的相关工作,并讨论了未来可能的研究方向。     

基于声辐射模态的有源结构声传入及其辐射控制

从辐射模态的概念和角度研究利用结构误差传感方法对弹性封闭空间结构声辐射进行传感和有源控制。首先分析了辐射模态的数学和物理意义并揭示了辐射模态与声腔模态之间的内在耦合关系。通过声辐射模态建立了弹性封闭空间结构声辐射传感和有源控制模型,并提出了通过传感器阵列测量结构表面有限点的振速分布和设计特定的辐射模态空间滤波器来获得控制所需的误差信号。在此基础上对封闭空间结构声辐射有源控制和误差传感策略进行了深入的理论和数值仿真分析,重点讨论了传感器的数量和布放对辐射模态传感及其有源控制效果的影响。结果表明:辐射模态与声腔模态的耦合具有严格的选择性,各阶辐射模态的形状和与相耦合的主导声模态在耦合面上的形状非常相似;利用结构传感技术传感封闭空间的辐射模态时测点不足或空间采样不足将可能产生较严重的模态泄漏问题,使得不希望的结构模态泄露进所测的辐射模态当中来。在低频范围内,一般只需传感并最小化前三阶有效辐射模态声势能,在更低频和空间声模态频率附近,只需最小化前一阶最有效辐射模态声势能,便能和总声势能最小化策略控制效果基本一样。      

有源声屏障中误差传感器的位置优化

有源声屏障利用有源控制系统提高声屏障低频段的降噪效果。有源控制系统中误差传感器的位置对整个系统的降噪效果有较大的影响。通过数值模拟和实验研究误差传感器的位置优化问题,得出了有源控制系统中误差传感器摆放位置的两条结论:(1)所介绍的三种摆放中,误差传感器的位置在次级声源的正上方时,有源控制系统在屏障后方声影区引入的新增插入损失最好,特别是对于距离屏障较远的区域;(2)当误差传感器的位置在次级声源的正上方时,误差传感器与次级声源间的距离存在一个最优距离使得屏障后方声影区的衍射声得到最好的降低。     

次级源近场和管壁弹性对充液管路有源消声性能的影响EI北大核心CSCD

建立了含次级源结构的充液直管有源消声系统数值模型,重点分析了声激励下次级源近场和管壁弹性对有源消声性能的影响。结果表明:次级源近场为非均匀声场,误差点位于该区域时部分频点控制效果较差甚至放大,而处于声场均匀区域时可使降噪量提高10 dB以上,增加误差点数量可使绝大多数频点的降噪量提高5 dB以上;管壁弹性使次级源与管壁间的耦合较强,非对称分布的次级源容易激起管壁振动,导致降噪谷值的出现,采用对称分布的次级源可显著提升控制效果;增加次级源数量能够提高系统的有源无源复合控制效果,但使得管内声场变得复杂,多次级源模型的有源消声效果随频率升高而有所降低。     

含损伤黏弹性阻尼加筋层合板声功率和指向性变异*

该文旨在研究损伤位置和程度对自由阻尼加筋层合板声辐射功率和指向性的影响。基于Mindlin和Timoshenko梁理论,建立了自由阻尼层合板-梁组合结构有限元模型。数值求解四边简支边界条件自由阻尼加筋层合板振动响应,继而通过Rayleigh积分计算加筋层合板辐射声功率和指向性。将计算得到的前4阶模态固有频率、声辐射功率与指向性与已有文献进行了对比基本一致,验证了数值模型的正确性。最后,详细讨论了损伤位置和程度对自由阻尼加筋层合板固有频率、振型、声辐射功率和指向性的影响,结果表明：随着结构损伤程度的增大,声辐射功率峰值向低频移动,在更多角度上出现明显的指向性;声辐射功率和指向性对损伤位置比损伤程度更加敏感。     

基于脉冲声分离的刚性球散射声控制

提出了一种基于脉冲声的三维空间中刚性球散射声分离方法,并利用前馈、固定系数控制方式对分离出的散射声进行有源控制,抑制散射声强度,实现了刚性球散射体在观测点处“声学不可见”。该方法利用脉冲信号作为初级噪声,通过有无刚性球时传声器采集脉冲信号的差值确定散射声大小,实现散射声与声源直达声的分离。对分离出的散射声进行多通道有源控制以验证该文所提分离方法及控制系统的有效性。实验结果表明,700~1000 Hz范围内,有源控制开启后,双通道散射声的平均降噪量大于5 dB,多通道散射声的平均降噪量大于8 dB,且误差传声器处采集的残余声场与无刚性球时采集的初级声场信号波形基本一致,实现了刚性球散射体在误差传声器处“声学不可见”。此外,参考传声器布放位置的选取问题也在该文做了详细讨论。     

局域共振单元与薄膜复合声子晶体板结构的低频降噪

提出了一种局域共振单元复合声子晶体板结构,并结合有限元对晶体板结构的带隙特性、隔声性能进行了分析.结果表明,共振带隙的产生是由共振单元与板中传播的弹性波相互耦合造成的,耦合强度直接影响共振频率和带隙宽度,隔声效果与薄膜的厚度直接相关.通过改变薄膜的厚度可以将隔声效果调节到满足机舱飞行员正常驾驶的要求.该结构在200dB以下具有良好的隔振效果,最大隔声量达到150dB.该研究为获得良好的隔声效果提供了理论支持,在航空发动机减振降噪方面具有潜在的应用前景.     

超高速撞击声发射信号在载人航天器加筋结构的传播特性实验研究

为研究超高速撞击声发射信号经过载人航天器加筋结构后的传播规律,分别在平板结构和加筋结构上模拟高速撞击实验,利用传感器阵列采集高速撞击产生的声发射信号。结合小波和傅里叶分析方法从板波模态、频域以及时域三方面分析加筋结构对声发射信号传播特性的影响,并研究成坑和穿孔损伤模式下声发射信号的传播规律。结果表明:加筋板中的信号高频部分比平板中高频部分能量少,筋体对信号高频部分有滤波效果。加筋结构受高速撞击产生穿孔损伤时,S0模态声波的能量增多。研究成果可为载人航天器结构的高速撞击感知与定位技术提供有利参考。      

通过压电式传感器进行简支梁声辐射有源控制

以简支梁为例,通过声辐射模态研究简支梁声辐射的有源控制。由于在中、低频时,声辐射模态对应的辐射效率随着模态阶数的增加而迅速降低。本文提出了一种新的控制策略,即通过设计特定形状的ＰＶＤＦ作为传感器来测量前Ｌ阶声辐射模态的伴随系数,使前Ｌ阶声辐射模态的声功率最小化。最后通过数值计算研究了控制力和传感器数目对控制效果的影响。