轻质隔声夹层板结构声振耦合拓扑优化

为了满足夹层板结构轻质及隔声性能优化需求,提出了一种基于线性材料插值模型的三场浮动投影动力学拓扑优化方法,进行夹层板结构声振耦合拓扑优化设计。首先,结合混合位移/声压(u/p)有限元格式和线性材料插值模型,解决多场耦合界面依赖性问题和低密度区域局部模态问题;其次,面向三维轻质夹层板结构声振耦合特性,建立以隔声性能最大化为目标,轻量化体积分数为约束的优化范式;第三,依托阻抗管隔声性能试验场景,对三维夹层板结构有限元数值模型进行拓扑优化设计,并结合阻抗管试验验证方法的准确性和有效性;最后,将所得优化构型与常见夹层板构型的隔声性能进行对比。研究结果表明:采用所提方法可获得性能优越的新颖拓扑构型,1100~1300 Hz优化目标频段对应的优化目标隔声性能即传声损失总值从197.62 dB提升到205.09 dB,且数值仿真结果与试验结果吻合良好。在结构同等质量下,优化目标频段拓扑构型的隔声量性能优于常见开孔/闭孔矩形蜂窝状、蜘蛛网状夹层板结构的隔声量性能。

基于分形曲线近零密度声学超材料的声波调控研究

结合空间卷曲理念和分形自相似原理,提出了一种具有“之”字型特征的空间卷曲型声学超材料,利用等效参数法提取了该分形声学超材料结构单元的等效质量密度,结果表明,在特定的频率范围内该分形结构单元具有近零密度特性。有限元法分析结果表明,利用该近零密度分形结构单元进行特定的周期性排列后组成的声学超材料,可以在特定频率范围内实现高效调控声波的目的,例如实现声隐身、声隧穿、弯曲狭缝传输和波前整形,同时分析了这些声特殊现象的出现与近零密度声学超材料透射系数峰值频率的对应关系。最后进行了试验验证,利用3D打印技术加工制得1阶、2阶近零密度声学超材料单元样品,并测试其透射系数,通过对比可知,实测结果和有限元分析结果符合良好,证明了结果的准确性和所设计结构的有效性。

组合型亥姆霍兹通风吸声体低频宽带吸声特性研究

为解决低频段通风吸声效果差的问题,提出一种亚波长厚度的颈部嵌入式亥姆霍兹通风超材料吸声体,该结构由中央通风开放区域和周围布置的多谐振器两部分组成。通过精确设计每个共振单元,使吸声体在445~678 Hz频率范围内具有优异的吸声特性,吸声系数均在0.85以上。该结构厚度为40 mm,仅是445 Hz波长的1/20。分析嵌入颈部的吸声机制,指出结构在颈部位置处,会具有很强的黏性来耗散声波能量,且共振频率随着颈部嵌入的长度增加而向低频偏移。随后,通过实验验证通风吸声体的传递损失与计算结果符合良好,目标频段内传递损失平均提高6dB。因此,该功能结构的通风吸声体材料为在低频域实现高吸声能力的可行性得到验证。

含螺旋结构的水下声学覆盖层吸声特性研究

设计一种含圆柱空腔和金属螺旋结构的水下声学覆盖层,该覆盖层在565~5000Hz频率范围内平均吸声系数在0.85以上,具有带宽、吸声性能强的特点。通过有限元法分析该覆盖层的位移变化特点以及结构几何参数对吸声性能的影响,结果表明:金属螺旋结构的引入使基体橡胶产生反向运动(与入射波引起的基体橡胶位移方向相反),两个方向的运动在一定程度上可以相互抵消,从而消耗入射声波能量并有效提升吸声性能。叶片宽度、空腔半径、螺旋阶数的增加使得吸声峰向低频移动,但整体吸声性能会随之下降。

嵌入金属填充物的复合结构声学覆盖层吸声特性研究

设计一种在声波入射端为半无限大水域工况下使用的,内含圆柱空腔、钨板以及铝制框架的复合结构声学覆盖层。利用仿真软件建立其有限元模型,对比该复合结构覆盖层与仅含空腔结构覆盖层的声学特性,同时通过两种覆盖层的位移云图对两者的位移变化特点及相应吸声机理进行分析,随后探究覆盖层的几何参数对其吸声性能的影响。研究表明,若以吸声系数0.95作为标准,该复合结构声学覆盖层具有8568 Hz的吸收范围,具有宽带、高吸声的特点。

含硅橡胶复合结构的声学覆盖层吸声特性研究

设计一种在声波入射端与出射端均为半无限大水域工况下使用的,内含空腔硅橡胶单元与金属板的复合结构声学覆盖层。利用仿真软件建立有限元模型,对比硅橡胶单元与域边界距离不同情况下的声学性能,验证嵌入金属板能够有效地提升覆盖层的声学性能,同时研究金属材料不同情况下对覆盖层声学性能的影响,并通过覆盖层位移云图对其吸声机理进行分析。研究表明,该结构可以实现在3300~8000 Hz频段内保持稳定在0.9以上的吸声系数。

覆盖多柔性层的有限长圆柱壳声辐射特性

研究了有限长圆柱壳覆盖多层柔性材料的声辐射特性。根据相邻柔性层界面上的边界条件推导了柔性层系的传递矩阵,结合薄壳理论和声波动方程建立了分析覆盖多柔性层后圆柱壳声辐射的理论模型。通过数值计算表明,减小柔性层的声速或者密度均能增加辐射声功率降低量,而采用多柔性层结构能比相应的单层均匀柔性材料获得更好的降噪效果。

柔性去耦覆盖层降噪机理分析

利用Hankel变换和传递矩阵方法,推导了点激励敷设柔性层系的无限大薄板的辐射声压插入损失和辐射声功率插入损失。理论分析指出,当钢板的质量较大或者频率较高时,柔性层系对于板本身的减振效果实际上很小,辐射噪声降低的主要原因是柔性层系的隔振或隔声作用。辐射声压插入损失与通常所理解的两边都是水时覆盖层的透声系数(及相应的隔声量)没有简单的关系。数值计算表明:(1)低频段存在一个失效区,辐射噪声不降反升;(2)柔性层的损耗越大插入损失提高越多;(3)阻抗渐变的柔性层系的敷设顺序引起的插入损失不同,但均比单层结构有更好的降噪效果。

组合腔型吸声覆盖层的声学特性分析

采用波导有限元方法分析了组合腔型吸声覆盖层单元的轴向波传播和损耗特性,并结合传递矩阵建立了该结构覆盖层声学特性的分析模型.以组合型圆台空腔吸声覆盖层为例,分别从波型转换和轴向波传播特性的角度分析了不同大小的空腔嵌入改变吸声覆盖层声学特性的规律.结果表明,随着大腔嵌入比例的增加,吸声系数的峰值频率逐渐向低频偏移,改善了低频吸声性能.

静水压力下吸声覆盖层的声学性能分析

基于圆柱型空腔吸声覆盖层的二维解析理论,在只考虑黏弹性圆柱管中最低阶轴对称波的条件下,推导出圆柱管的平均阻抗,将变截面圆柱型空腔腔体单元近似为截面呈阶梯变化的多个圆柱管组合,用传输线组合描述整个腔体单元,以简化吸声覆盖层声学性能参数的计算方法;利用有限元软件分析了静压条件下吸声覆盖层的腔体单元变形,结合简化计算方法分析了静压对吸声覆盖层声学性能的影响.结果表明,静压作用于吸声覆盖层引起了腔体单元厚度减小和空腔半径缩小,使得吸声覆盖层的低频吸声性能变差,且吸声峰值向高频方向偏移.

Alberich型吸声覆盖层的低频吸声机理分析

声波垂直入射Alberich型吸声覆盖层时激起沿厚度方向传播的轴对称波,而决定覆盖层低频性能的最低阶波可等效为"准平面波",通过共振特性分析了覆盖层的低频吸声机理,指出达到低频有效吸声需要满足的轴对称波相速度的近似条件。低频吸声机理要点包括:①吸声覆盖层的共振是粘弹性圆柱腔体的共振;②吸声覆盖层的吸声峰值频率对应覆盖层的反共振频率而不是共振频率;③绝对软背衬的最低吸声峰频率比绝对硬背衬低一半左右。

小波神经网络改进算法在来水量预测中的应用

中小河流的径流量表现出十分复杂的变化特征,如高度非线性、多时间尺度特征、时频序列,严重影响预测的准确性。由于常规的分析法难以建立有效的预测模型,所以为了提高预测精度,提出了一种改进小波神经网络的来水量预测模型,利用非线性小波函数取代了BP神经网络通常用的Sigmoid函数作为隐含层节点的传递函数,有效地避免神经网络结构设计的盲目性,同时也有更强的学习能力且精确更高。取实例建模分析,并建立BP网络模型与之比较,结果表明,小波神经网络提高了径流量预测精度。

基于遗传算法的圆柱空腔吸声覆盖层参数优化研究

基于圆柱空腔吸声覆盖层二维理论推导吸声覆盖层单元-粘弹性圆柱管等效阻抗,结合传递矩阵法建立吸声覆盖层声学性能分析简化模型。采用遗传算法对圆柱-圆台空腔吸声覆盖层多个材料、结构参数进行综合优化研究。结果表明,较仅优化吸声覆盖层材料属性,对材料属性、结构多参数优化能获得更好宽频吸声性能。

基于ANSYS的吸声覆盖层声学性能计算与分析

采用ANSYS有限元软件计算分析了平面波垂直入射条件下吸声覆盖层的声学性能。建立了NSYS中阻尼的输入量与材料损耗因子的关系。对含圆柱空腔的吸声覆盖层分别采用ANSYS和二维解析理论计算,结果表明该方法的正确性,指出在二维解析理论中简化吸声覆盖层单元为粘弹性圆柱管结构是足够精确的。

驻波管中测量声学材料的隔声量

在驻波管中用双传声器法测量声学材料的隔声性能。通过测量不同背衬条件(即待测样品的后表面阻抗)下对应的前表面阻抗,可以求解与传递矩阵四个元素相关的中间变量,即可计算声学材料的隔声量。在驻波管中进行了单层多孔均匀材料、双层和三层复合非均匀材料的隔声性能测量,通过与四传声器法直接测量结果的对比,验证了采用双传声器法间接测量声学材料的隔声量是可行的。

基于数值-解析法测量静压条件下阻尼材料动态力学参数

建立了一种测量静压条件下阻尼材料动态力学参数的数值-解析法。分别制作两种空腔半径不同的圆柱空腔覆盖层样品,测量两种样品在静压力下的复反射系数;采用有限元法仿真静压力下的空腔结构变形,在此基础上同样采用有限元法计算复反射系数。以实测复反射系数和计算复反射系数建立二元非线性方程组,利用牛顿迭代法求解方程组获得复弹性模量和复泊松比等黏弹性动态力学参数;对聚氨酯材料制作的样品进行复反射系数测量,分析了静压力对聚氨酯材料动态力学参数的影响规律。测量了某不同结构吸声覆盖层静压下的反射系数,并与采用实测材料参数计算的反射系数进行比较,验证了该方法的正确性。

椭圆柱空腔吸声覆盖层的声学特性

采用波导有限元方法(WFEM)分析了共振腔型吸声覆盖层内轴向波的传播和损耗特性,以椭圆柱空腔吸声层为例,在保持穿孔系数不变的前提下,分别从轴向波传播和波型转换的角度分析了空腔形状改变吸声覆盖层声学特性的机理。在此基础上,结合波导有限元方法和传递矩阵(TM)建立了变截面空腔吸声覆盖层的分析模型,以圆台空腔吸声层为例,与二维解析方法对比验证了WFEM-TM方法的正确性,并讨论了椭圆台空腔吸声层的声学特性。

基于多目标遗传算法的吸声覆盖层参数优化设计

针对圆柱空腔吸声覆盖层低、高频吸声的机制不同,提出了一种基于多目标遗传算法的吸声覆盖层参数优化设计方法.利用有限元软件ANSYS建立了平面波垂直入射吸声覆盖层的分析模型,并采用多目标遗传算法NSGA-II得到了多目标吸声问题的Pareto最优解集.结果表明:多目标优化设计全面考虑了圆柱空腔吸声覆盖层的低、高频吸声之间的耦合,可按需选择其满意的优化结果;比起仅优化吸声覆盖层的材料属性,考虑材料属性和结构参数的综合优化能够获得更佳的宽频吸声性能.

驻波管中声学材料隔声性能的修正计算方法

用驻波管四传声器法,分析了透射管中多次透射反射波对隔声量测试结果的影响,在考虑所有多次透射反射波的因素后推导了修正计算公式。通过对不同样品的测试,比较了考虑所有透射反射波的修正方法与仅考虑第一次透射反射波的修正方法的区别。实验结果表明:采用吸声性能优良的透射管声学末端,考虑一次透射反射波的修正方法可以得到正确的测量结果;而如果采用吸声性能较差的透射管声学末端,则应该考虑到所有高次透射反射波的影响。

嵌入粘弹性包覆层的吸声覆盖层低频性能研究(英文)

在单层粘弹性圆柱管吸声覆盖层的基础上,发展了嵌入低剪切波波速包覆层即双层粘弹性圆柱管的吸声结构的理论模型。推导了轴对称波特征方程的低频近似解,并根据牛顿迭代法进一步计算精确解,为吸声覆盖层的低频性能快速预报提供基础。数值分析表明包覆层嵌入比例的增加、或者包覆材料剪切波速的减小能有效地改善低频吸声性能。