四边简支含多孔材料双层板隔声特性

有限大含多孔材料和空气层复合板结构隔声特性的研究尚不充分。该文旨在研究四边简支边界条件下复合板结构隔声特性。首先基于流体饱和多孔弹性介质的声传播理论计算了声波在多孔介质中的传播波数；继而采用四边简支边界条件下板结构的模态函数，利用模态叠加法和伽辽金法推导了复合板结构隔声系数理论模型，并数值求解复合板隔声量。将理论模型得到的四边简支复合板隔声量与实验结果对比，验证了理论模型的正确性。最后，详细讨论了边界条件、板结构尺寸和多孔材料厚度等主要参数对隔声特性的影响。结果表明：四边简支复合结构隔声特性曲线上“谷值”出现得较少，并且简支复合板隔声特性的第一个“吻合频率”比固支支撑复合板更靠近低频，当频率超过3000 Hz以后，简支和固支边界条件复合板结构隔声特性趋于一致。     

含三聚氰胺多孔材料分层复合介质吸声特性*

三聚氰胺泡沫材料是一种具有高开孔率的多孔材料,具备优良的吸音、防火隔热及环保性能,可以作为吸声材料与弹性板、空腔介质形成复合结构,在建筑、航空、交通工具等工程领域有广泛的应用。该文基于Biot理论和分层介质在交界面处的不同边界条件,建立非均匀复合介质背衬刚性壁面结构的理论声学模型,详细分析了多孔材料布局对复合结构吸声特性的影响。该文理论模型计算的结果与阻抗实验得到的垂直入射吸声系数基本一致,验证了理论模型的正确性。结果表明:在多孔材料前面增加空气层可以改善高频吸声特性;在多孔材料后面增加空气层可以改善复合结构低频吸声特性。通过合理配置多孔材料,可以在应用需求频段上达到满意的吸声效果。     

多孔弹性介质三层夹心板的隔声性能研究

应用Biot关于流体饱和多孔弹性介质的声传播理论,采用传递矩阵的分析方法,就复合多孔弹性材料夹心三层板在不同结构情况下的隔声性能进行了理论研究和实验分析,并与同等条件下双层夹心板的隔声性能进行了比较。数值计算和实验结果均表明,与双层夹心板相比,三层夹心板在中高频段隔声性能有明显优势,但低频段隔声性能有一定程度上的下降。研究还表明不同结构的复合三层夹心板在隔声效果上也各有特色。     

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。     

利用含多孔介质微穿孔周期结构增强声吸收

为获得理想吸声性能,提出了一种由多孔材料,微穿孔板及空气层构成的周期复合结构,并利用微穿孔板理论和等效流体多孔材料模型,结合等效电路法进行了分析。结果表明,复合结构显著增强了微穿孔板结构的中低频吸声性能,但其高频性能较单独多孔材料差;采用合适填充比例并联布置多种多孔材料,可适当调节复合结构的吸声性能。此外,周期复合结构的堆叠层数N≥1时,相对单层复合结构,中低频吸声带宽提升至少40%(≥380 Hz);相对多层微穿孔板结构,增大N对相应中低频吸声带宽提升不低于30%(≥300 Hz)。总体上,文中周期复合结构可显著增强传统微穿孔结构的中低频性能,是一种简单高效的中低频宽频降噪方案。      

薄膜型声学超材料对低频振动的隔声特性分析*

高效共振混合机工作频率为60 Hz,且系统处于共振,产生较大低频噪声。针对振动机械产生的有害噪声,分析了高效共振混合机低频高加速度共振混合过程的特点,得到了60 Hz低频声波穿透力强特点,相比传统的以吸声材料构建的50~100 mm厚度、隔声效果小于10 dB的隔声罩,分析了薄膜型声学超材料在低频减振降噪中的隔声特性。通过多物理场仿真分析,60 Hz时隔声量为31.4 dB,确定了硅橡胶弹性薄膜的预应力和质量块的面密度;采用3D打印机快速成型技术,构建了隔声实验装置,分析了独立隔声单元、面密度、薄膜尺寸等隔声特性规律。基于人耳在实际环境中感受到的噪声强度,提出了噪声衰减量和插入损失的分析方法,在距离声源380 mm和1000 mm的位置,60 Hz时隔声量分别为27 dB和38 dB。研究成果丰富了低频隔声特性理论,为薄膜型声学超材料的工程设计和优化提供了技术支撑。     

一种基于二维Helmholtz腔阵列的低频宽带隔声结构实验研究

基于圆周排列的Helmholtz共振腔单元,设计并实现了一种具有低频宽禁带的声人工结构,可以在结构中心处实现二维隔声效果.针对实际模型,搭建了二维声场测量平台,进行了相应的实验研究,实验结果与有限元仿真结果符合较好.该结构在较宽的频带内(680—1050 Hz)可以实现较好的隔声效果,最大隔声量可达41 d B.实验中还研究了单元参数及共振状态对隔声效果的影响.隔声区的大小与共振单元的分布形式有直接关系,而良好的共振状态将对提高隔声量有一定帮助.研究结果对设计新型声防护结构具有理论与应用价值.     

梯度穿缝型双孔隙率多孔材料的吸声性能

在传统单一孔隙率多孔材料中引入宏观尺度的周期性梯度穿缝结构设计,构造出梯度穿缝型双孔隙率多孔材料,其包含多孔材料基体微孔尺度与穿缝尺度两个尺度。采用分层等效的理论建模方法,将复杂梯度渐变问题变为多层均匀等效层叠加问题。针对不同特征尺寸的多孔材料薄层,分别采用低、高两种渗透率对比度双孔隙率理论,给出了其等效密度和动态压缩系数,再应用传递矩阵方法得到了相邻薄层之间的声压和质点速度传递关系并求得其表面声阻抗,从而建立了梯度穿缝型双孔隙率多孔材料的吸声理论模型。发展了多尺度材料声学有限元数值模型,在所考虑的100~3000 Hz频段范围内数值模拟结果完全吻合理论模型结果。理论与模拟分析了多尺度结构参数对双孔隙率多孔材料吸声性能的影响,结果表明引入多尺度梯度结构设计能够显著提高单一孔隙率多孔材料的吸声性能,且穿缝尺度比穿缝梯度影响更为显著;精细数值模拟获得的声压和能量密度分布云图揭示了多尺度结构设计的吸声增强机制。该工作可用于指导双孔隙率多孔材料的多尺度结构设计,从而提高多孔材料的中低频吸声性能。      

嵌入式质量块对隔声门低频段隔声性能的影响

针对隔声门低频隔声性能差的问题，将嵌入式质量应用于隔声门中以提高隔声门在低频段的隔声性能，通过建立两个相邻混响室的有限元模型计算隔声门的隔声量。基于该模型，并结合隔声门低频隔声性能的评价方法，对在低频段影响隔声门有效隔声量的相关参数进行了参数关联性研究和优化，优化结果表明：对于92 mm厚，容重24 kg/m3的玻璃棉，使用灰铸铁作为质量块，并合理布置各个质量块的大小及其在玻璃棉中的相对位置可以有效提高隔声门在低频段的隔声性能；与普通隔声门相比，在低频段嵌入式质量隔声门的有效隔声量增加了5.0 dB。     

二维含多孔介质周期复合结构声传播分析

为取得理想的隔声性能,本文结合多孔介质和周期结构两类声振调控方案,讨论了一种新型含多孔介质周期复合结构;采用等效模型描述振子系统,利用薄板理论和Biot理论建立了相应的声振耦合理论模型.利用此模型计算得出的结果与文献中数据吻合良好.研究结果表明,采用简单振子系统或组合振子系统都可以在其特征频率决定的频域提升复合结构的声传递损失(STL);然而,在越过相应频域后,STL会急剧下降,选取合适的振子参数,可以拓展隔声带宽而又保持其STL水平.对比振子系统结果发现,相对简单振子系统,组合振子系统能在获得更宽STL提升频域同时减弱特征频率域后的STL下降趋势.这些结果可以为宽频减振降噪提供思路,为中低频域隔声应用设计提供理论参考.     

分布式通风消声板特性研究*

在隔声板结构中,分布式内嵌大量小型消声单元,在入射声波被消声单元有效衰减的同时,气流可均匀通过整个板结构,形成一种分布式消声板结构。利用平面波理论和修正传递矩阵法,建立消声板简化模型,并预测模型传递损失。加工消声板样件,实验室内测试并验证其声学及通风性能。对比隔声测试结果与预测结果,验证修正传递矩阵法针对该结构的准确性,同时验证消声板结构的实际效果。结果显示,该分布式消声板结构具有良好的声学效果,修正传递矩阵法可应用于该结构的声学性能预测以及结构设计。     

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。     

复材结构刚度与隔声量的计算及参数优化

论文旨在满足结构刚度指标的前提下最大程度地提高复合材料(以下简称“复材”)结构的隔声性能。首先针对复材结构进行刚度分析，在铺层数和铺层比例不变的前提下，分析不同铺层构型对结构刚度的影响。然后利用统计能量分析法，确定铺层角度对结构隔声性能的影响，并与试验结果进行对比验证模型的有效性。最后以铺设在复材壁板上的隔音棉厚度和密度为两个优化参数，分析不同厚度和密度的隔音棉的插入损失，并进行参数最优化分析，寻找最佳组合方式。得出结论：不同铺设角度顺序对复材整体结构的弯曲刚度和吻合效应频率有影响，在相同尺寸和边界条件下，构型1屈曲稳定性承载能力较强，隔声效果最好，铺层方式最优；隔音棉密度对插入损失影响较小，而隔音棉厚度对插入损失影响较大。论文选取的隔音棉密度和厚度已经使壁板、隔音棉及内饰板的组合结构隔声量达到了收敛状态，是最优化的组合设计。     

释压法混合吸声系统中多孔材料厚度优化研究

研究释压法主被动混合吸声结构吸声性能与多孔吸声材料参数的关系,利用释压法对材料厚度敏感的特性,选择合适的多孔材料厚度提高系统的低频吸声性能。提出一种释压法主被动混合双层吸声结构,将误差传声器置入两层吸声结构之间的空气层中,分别优化各层的厚度,在较宽频带内获得较好吸声。对流阻系数为15000NSm^-4的一类典型的玻璃棉数值仿真,发现选择优化厚度分别为2.8 cm和6 cm,中间空腔长为2 cm,可使有效吸声频带向下大幅扩展。实验结果验证了所提宽带吸声结构。     

Sound absorption performance of gradiently slit-perforated double-porosity materials

A gradiently slit-perforated double-porosity material is proposed by introducing macro-scale periodic gradient slit-perforations into traditional porous materials with singleporosity.This material is one kind of multiscale material since it includes two scales of matrix micro-pore size and slit-perforation size.A theoretical model is developed for the sound absorption of the gradiently slit-perforated double-porosity material.In the model,the material is divided into lots of thin layers and each layer is approximated to be straight slit-perforated material.The equivalent density and dynamic compressibility of each thin layer are given by using the low or high permeability contrast double-porosity theory.Then the sound pressure and particle velocity relations between adjacent thin layers are obtained by employing the transfer matrix method.Finally,the surface acoustic impedance and the sound absorption of the gradiently slit-perforated porous material can be calculated.A finite element model is further established to validate the accuracy of the theoretical model.In the considered frequency range of 100-3000 Hz,the simulation results agree well with theoretical results.The influence of multiscale structural parameters on the sound absorption performance of the porous materials is analyzed theoretically and numerically.It is proved that the multiscale structure design can significantly improve the sound absorption performance of porous materials.Compared to the slit-perforation gradient,the slit-perforation width plays a more significant influence on sound absorption.The sound absorption enhancement mechanism of the multiscale structure design is revealed by the analysis of the sound pressure and energy dissipation distributions in the material.This work provides a multiscale structural design method for improving the sound absorption performance of traditional porous materials at broadband frequency.