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。     

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。     

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.     

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。     

微穿孔蜂窝-波纹复合声学超材料吸声行为

民用及国防工业领域对工程材料结构提出了更高的应用需求.单一材料结构越来越难以满足实际应用需求,通过人工复合结构实现超常单一及多物理性能的超材料设计已经成为材料结构应用的重要发展方向.本文基于传统的蜂窝夹层结构,在其内部引入波纹结构,并在面板和波纹上分别进行微穿孔形成微穿孔蜂窝-波纹复合声学超材料,在其优异力学承载基础上,实现了低频段的宽频有效吸声降噪.应用微穿孔板吸声理论和声阻抗串并联理论,建立了微穿孔蜂窝-波纹复合声学超材料的吸声理论模型;发展了考虑黏热效应的声传播有限元模型,通过数值模拟验证了理论模型的准确性,并数值计算了声波在超材料微结构内的黏热能量耗散分布,发现超材料能量耗散主要集中于微穿孔处的黏性边界层;进一步开展了超材料吸声参数和尺度设计参数的分析讨论,阐明了不同尺度设计参数对超材料吸声性能的影响规律.本文工作对兼具力学承载与吸声降噪的新型材料结构设计有重要的理论指导价值.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

水下均匀材料复合层吸声特性研究

本文对水下阻尼板和其它介质层复合的多层吸声和结构吸声，反声性能进行了研究，利用各层界面压力，振速的四端网络矩阵及层间边界条件导出吸声结构表面阻抗和反射系统数随频率的变化关系，数值计算分析了不同边界条件，多种层以及改变各层参数情况，反声，吸声系数的变化，发现多层结构中厚的水层引起强烈的共振反射峰，并提出了抑制共射的方法。     

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。     

微穿孔介电弹性体薄膜的吸声性能试验分析*

针对普通薄膜型降噪结构的吸声性能较差和吸声带宽较窄的问题,本文设计了一种微穿孔的介电弹性体薄膜吸声结构。该结构由穿孔的介电弹性体薄膜与背腔组合而成,目的是拓宽介电弹性体薄膜低频率段的吸声带宽。针对微穿孔的介电弹性体薄膜吸声结构,从试验角度分析穿孔薄膜初始厚度、穿孔孔径及穿孔间距对结构吸声性能的影响。分析结果可知：通过适当增加薄膜的初始厚度,薄膜的整体吸声性能得到有效提升,最大可将319Hz吸声频带的吸声系数从0.2提升至0.7;减小薄膜的穿孔孔径能够有效拓宽穿孔薄膜的吸声频带,可使吸声系数0.4以上的吸声带宽由304Hz拓宽至432Hz;适当控制穿孔间距能够达到更好的吸声效果。     

加工误差对马氏理论关于超微孔微穿孔板吸声结构适用性的影响

从理论和实验上探讨了加工误差对马氏理论关于超微孔微穿孔板(micro-perforated panel,MPP)吸声结构适用性的影响。建立了计及加工误差的MPP理论分析模型,并应用MEMS工艺制作了超微孔MPP,由于工艺本身存在一定的加工误差,造成实际孔径与设计孔径10%-20%的偏差,在阻抗管中测量得到其垂直入射吸声系数。将实验结果和计及加工误差的理论预测值与马氏理论预测值进行对比发现,差别均较小,最大误差仍在6%以内,说明马氏理论在计及加工误差的情况下仍然适用。此外,对马氏理论关于加工误差的适用极限进行了仿真计算,结果表明,适用极限的大小具体依赖于超微孔MPP的孔径大小。     

金属橡胶材料吸声特性研究

理论及实验研究了金属橡胶材料吸声性能参数.由金属橡胶材料声学特性参数理论计算式,推导出金属橡胶材料吸声性能参数──声阻抗率和吸声系数的理论计算公式.实验研究了金属橡胶材料结构常数和压缩模量,并建立了结构常数、压缩模量与材料结构参数的关系式,结果表明:相同平均孔隙直径金属橡胶材料具有相同的结构常数值;在一般频率范围内,相同结构参数金属橡胶材料压缩模量近似为常量.通过金属橡胶材料吸声系数的实验测量和理论计算,理论结果与实验结果符合较好,验证了理论和实验研究方法的正确性.     

高分子颗粒孔隙结构材料的吸声特性研究

在噪声控制与治理工程中，许多场合了消除由物体表面产生的反射声波，往往需要在物体表面敷设具有吸声性能的材料或结构，以吸收入射声波的声能，本文对一种新型的以高分子材料为基底的颗粒型微孔结构进行了吸声特性研究，首先对颗粒微孔结构的吸声机理进行分析，认为由于受材料自身化学性质与结构特征所决定，这种颗粒微孔结构除了具一般多孔吸声材料的空气粘滞阻力作用吸声外，还存在颗粒材料的内部的弹性弛豫效应吸声，因而吸怕系     

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.     

不同声强宽带噪声激励下结构参数对穿孔板消声器吸声特性影响的实验研究

高声压级激励下,由于非线性效应的存在,穿孔板消声器的吸声特性将发生改变,而改变量的大小与穿孔板的结构参数(穿孔率,孔径,板厚)密切相关。本文设计搭建了实验平台来研究结构参数的变化对穿孔板消声器的吸声特性的影响。根据实验结果发现:随着声压级的升高,由于穿孔板结构的非线性加剧,其声阻抗将发生变化,导致穿孔板消声器的吸收峰值降低,但吸收频带却拓宽了;在穿孔率一定的情况下,孔径越小的穿孔板消声器更适合低声压级环境工作;在孔径一定的情况下,穿孔率越低的穿孔板消声器也更适合低声压级环境工作。