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。      

双层加筋板低频声的隔离与有源控制

为探讨加筋对双层结构低频隔声及有源控制的影响,分析了筋条数目及布放位置对双层加筋结构低频隔声性能、有源控制策略选取及有源隔声性能的影响。首先利用模态叠加与声-振耦合理论对双层加筋结构建模,然后采用数值算例对上述问题展开探讨。研究发现,筋条数目增多或筋条靠近基板的中间位置布放,将有利于双层加筋结构低频隔声性能的提高。对于有源控制措施,声控制策略与力控制策略相比,前者的控制效率较高且降噪效果较好。由于筋复杂的耦合影响,添加多条筋或筋条靠基板中间布置时有源控制效果减弱,需施加多个点源才能获得较好的降噪效果。      

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。      

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。      

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。      

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.     

三层平板结构声能流计算及传输规律

为了理解多层有源隔声结构的物理机理,同时优化被动隔声结构,需深入分析三层结构中声能量的传输规律。首先对三层板腔结构建模并求解系统的振动响应,然后用数值方法求解平板向封闭空间辐射声的声传输阻抗,并计算各层结构的辐射声功率。最后,通过分析各子系统所占的能量及各层结构四类模态组辐射声功率的变化获得声能量的传输规律。结果表明,按模态类型的不同,能量传输可等效认为存在四个传输通道,各通道的能量传输具有相似的带通特性,其成因在于不同的平板与空腔模态对的耦合强弱不同。      

用有限元/边界元方法进行结构声辐射的模态分析

采用有限元方法和边界元方法建立了轻流体介质中复杂结构振动声辐射的模态分析模型,可计算结构的模态辐射效率、场点声压、结构辐射声功率和辐射效率等声场特性参数．文中以板和加筋板结构的振动声辐射为例进行了模态分析,并与用远场 Ｒａｙｌｅｉｇｈ积分计算所得结果进行了比较．研究了激励力作用位置对板结构声辐射的影响和加筋板与板的模态辐射效率特点,并指出板加筋后会改变板的模态辐射效率规律．     

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。      

弹性板结构封闭声腔的结构-声耦合特性分析

对弹性板封闭声腔结构-声耦合机制、耦合特性、耦合作用对系统固有频率和模态的影响以及影响结构-声耦合程度的系统物理参数进行了深入的理论与数值仿真分析,并导出了耦合系统固有频率估计式。结果表明：强耦合系统具有较强的闭环反馈系统特征,弱耦合系统具有较强的前馈系统特征；正是由于反馈环节的存在,改变了结构、声腔系统的固有特性和固有频率；发现了规则结构-声腔模态簇耦合的特性；并且发现模态间的簇耦合机制决定了整个结构-声腔系统的耦合作用；任何一簇的结构或声模态仅独立影响其同一簇的声或结构模态以及其耦合后的模态固有频率,而对其它簇的模态没有影响；模态间的簇耦合作用不仅能改变系统固有频率,还会改变耦合系统模态次序和板奇奇模态的模态形状。