微穿孔板和微缝板吸声体研究进展

介绍了我国在新型吸声体微穿孔板和微缝板的特点、首创、理论分析、加工制作、多方面的应用情况，以及其在国外的影响。也讨论了这些吸声体的部分发展方向。     

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。     

关于微穿孔板吸声体频带宽度极限的讨论

依据马大猷教授的微穿孔板吸声体准确理论,利用计算机辅助设计对于该结构频带宽度极限情况从理论上进行了讨论,把极限频宽和最大吸声系数的制约关系量化,并得到此情况下应用于低频或高频环境孔径的选用范围,以及此情况下板厚和穿孔率与传统观念不同的特点。以上分析结果以及所提供的结构参数为宽频带微穿孔板的具体设计提供有价值的参考。     

一种微穿孔板消声器

本文根据马大猷教授提出的“微穿孔板吸声体精确理论”，在对微穿孔板消声器结构参数与吸声特性之间的相互影响进行了分析的基础上，设计了微穿孔板消声器并将其应用在新舟60飞机APU(辅助动力装置)降噪的实际工程中，并通过编写的噪音数据采集分析程序，对降噪效果进行了测试和分析，验证出微穿孔板消声器对消除飞机的APU的排气噪声具有良好的消声效果，平均降噪7．16dB。     

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。     

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。     

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。     

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。     

波纹穿孔板吸声特性研究

研究了平面波垂直入射和掠入射两种情况下波纹穿孔板对声波的耗散作用, 结果表明在这两种情况下波纹穿孔板的声学特性都有别于平板穿孔板。在垂直入射条件下, 通过“等效穿孔率”可以在中、低频率范围内使波纹穿孔板和平板穿孔板的吸声特性“重合”。波纹穿孔板在高频范围会出现异于平板穿孔板的双尖峰现象, 进一步研究发现这是由波纹板形状导致的背腔深度的连续变化所引起的。在掠入射条件下, 波纹穿孔板与平板穿孔板无法通过“等效穿孔率”替代。波纹穿孔板的板高和板长对其声学性能都有明显影响, 当波纹穿孔板夹角(板高与1/4板长对应的正切角)相同时, 在板长小于75 mm范围内波纹穿孔板有相似的声学性能。

     

Estimating the sound absorption coefficients of perforated wooden panels by using artificial neural networks

Developing efficient sound absorption materials is a relevant topic for large scale structures such as gymnasiums, shopping malls, airports and stations. This study employs artificial neural network (ANN) algorithm to estimate the sound absorption coefficients of different perforated wooden panels with various setting combinations including perforation percentage, backing material and thickness. The training data sets are built by carrying out a series of experimental measurements in the reverberation room to evaluate the sound absorption characteristics of perforated wooden panels. A multiple linear regression (MLR) model is also developed for making comparisons with ANN. The analytical results indicate that the ANN exhibits satisfactory reliability of a correlation between estimation and truly measured absorption coefficients of approximately 0.85. However, MLR cannot be applied to nonlinear cases. ANN is a useful and reliable tool for estimating sound absorption coefficients estimation.     

Rayleigh-Taylor不稳定性的Runge-Kutta间断有限元模拟

 采用发展后的间断有限元方法,对Rayleigh-Taylor不稳定性进行了数值模拟。在计算中采用Level-Set方法进行界面追踪,用虚拟流体方法（Ghost Fluid Method,GFM）对界面附近物理量进行等压装配。对两个典型的Rayleigh-Taylor不稳定性算例的数值研究结果表明,采用该方法计算含有接触间断的多介质流体力学问题是有效的,在交界面附近不出现伪振荡,具有较高的分辨率。     

Enhancing the low frequency sound absorption of a perforated panel by parallel-arranged extended tubes

This paper is concerned with the use of a perforated panel with extended tubes (PPET) to improve the sound absorption confined to low frequencies. In comparison with a micro-perforated panel (MPP), the sound absorption can be significantly improved by using the PPET at the expense of the bandwidth of the sound absorption. A particular configuration combining four parallel-arranged PPETs with different cavities is introduced to achieve a wider bandwidth of the sound absorption at low frequencies. The analysis is extended to the combination of three parallel-arranged PPETs and a MPP to further increase the bandwidth of the sound absorption. A theoretical model is described to predict the sound absorption coefficient and the simulated annealing method is introduced to the proposed absorbers, allowing optimization of the overall performance. The theory with experimental validations demonstrates that the proposed configurations offer a potential improvement of more than one octave in the bandwidth of the sound absorption at low frequencies.     

一种二阶混合有限体元格式的GAMG预条件子

针对一种含跳系数椭圆问题的二阶混合有限体元格式,讨论求解相应离散系统PGMRES法的预条件子构造问题.通过严格的理论分析,建立分层基下该二阶混合有限体元刚度矩阵和二次有限元刚度矩阵的谱等价关系,并利用关于二次有限元刚度矩阵的一种基于分层思想的GAMG预条件子,为二阶混合有限体元刚度矩阵设计一种高效GAMG预条件子.数值结果验证理论分析的正确性和新预条件子的高效性与稳定性.     

微波元件与加速结构的有限元分析

研究了有限元方法在二维均匀结构和轴对称加速结构中的应用,采用了带宽优化技术和子空间求解特征值方法,并给出了部分例子,结果表明该方法精度高、速度快.这些方法可直接用于三维程序、并行计算.     

管束穿孔板的管腔耦合共振吸声机理研究

为了揭示管束穿孔板共振吸声结构的吸声机理,利用热黏性条件下基于有限元算法的管束穿孔板仿真模型,研究了平面声波正入射条件下,管束穿孔板内部声场分布特征,并利用阻抗管对吸声系数的理论仿真结果进行了试验验证.结果表明,管束穿孔板在低频主要靠腔体共振吸声,在高频主要靠管共振吸声,管束穿孔板整体呈现出较为明显的管腔耦合共振吸声特征。管束穿孔板共振时管中声强和质点法向振速较大,高频次吸声峰频点处管中和腔中均有驻波形成,频率越高驻波数量越多.管束穿孔板的耦合共振受到管长、腔深、穿孔率和管内径等参数变化的影响,管长对高频耦合共振的影响最大,管长增大使高频主吸声峰频点移向低频,并使相邻主吸声峰之间的间距减小.     

有限元法模拟混合物的冲击压缩特性

 将混合物作为组元颗粒在空间的随机排列,采用三维动力有限元程序模拟其冲击压缩特性。给出了以铜和铝两种金属单质组成的混合物算例,与用“叠加原理”计算的结果作了比较。     

冲击动力学中离散元与有限元相结合的计算方法研究

 阐述了一种离散元与有限元法相结合的计算方法,编制了可应用于细观模拟的二维程序,对受冲击载荷作用的均匀材料和非均匀材料的响应特征进行了计算,并对数值模拟进行了验证。计算结果与理论值较吻合,验证了方法的可行性。     

求解洞穴散射问题的带有吸收边界层的有限元方法

给出二维洞穴散射问题的带有吸收边界层的有限元方法.通过吸收边界层将无界域问题截断,得到一个有界域问题,求解此有界域问题来代替原问题.进一步分析收敛性并进行数值模拟.结果表明了此方法的有效性.