基于声阻抗匹配理论的弹性吸收体研究

基于时域耦合模型理论的吸收体研究,不适用于所有模型,且基于此理论的设计过程复杂,难以在工业工程得到广泛应用。因此提出一种基于声阻抗匹配理论的弹性吸收体的研究方法,并通过理论计算、数值仿真以及实验对吸收体的吸收曲线进行验证。结果表明:本文提出的方法能够快速、简便地实现弹性吸收体的结构设计,无需额外附加阻尼材料,更有利于满足航空工程中对于结构轻量化的要求,为振动波吸收领域,尤其是弯曲波的高效吸收和减振设计研究带来了新的可能性。

声衬声振响应及其对阻抗影响的实验研究

声衬在高声压级声波激发下产生声振响应,刚性假设不再成立,其结构振动会对吸声产生一定影响。本文针对振动对声衬吸声的影响和声振响应开展实验研究,通过参数化研究,获得了不同工况和不同穿孔板几何参数下声振响应对声阻抗的影响规律。实验结果表明:穿孔板振动会导致声阻在结构共振频率处出现波峰或波谷,吸声系数出现“额外”的吸声波峰或吸声波谷;穿孔率和声压级的增大会减弱振动的影响,且存在一个临界穿孔率;穿孔板参数会影响高声压级下结构振动导致声阻变化的特征;在结构共振频率附近,小孔–面板速度相位差会发生突变,导致相对速度增大,吸声效果改变。

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。

单元并排式阻性消声器消声量计算方法

采用Belov公式计算单元并排式阻性消声器消声量误差较大,为提高计算精度,按以下步骤构建单元并排式消声器消声量计算模型。(1)将消声器划分为角单元、边单元和内部单元等3种基本单元,采用Belov公式计算各基本单元传递损失(Transmission Loss,TL);(2)假设消声器入口端声能均匀分布,根据各基本单元入口端声功率和传递损失计算公式确定其出口端声功率;(3)根据消声器入口端和出口端总声功率得到消声量理论值TLt;(4)将11425 Pa·s/m^(2)作为流阻率基准值,通过有限元仿真得到采用该流阻率多孔吸声材料的消声器消声量仿真值TLs,得到仿真值和理论值的比值K_(1)(即TLs/TLt);(5)通过仿真进一步确定多孔吸声材料流阻率和基准流阻率不同情况下消声器消声量的比值K_(2),拟合获得K_(2)与流阻率σ的关系函数K_(2)(σ);(6)建立单元并排式阻性消声器消声量计算模型TL=TLt·K_(1)·K_(2)(σ)。实测结果表明,根据该模型计算得到的消声器各倍频带传递损失值与实测值绝对误差均小于2 d B,相对误差均小于10%。模型适用于计算采用不同多孔吸声材料、具有不同结构尺寸的单元并排式阻性消声器的消声量。

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。

含共振腔体板型声学超材料结构吸声性能研究

为改善传统板型结构的声学性能,设计一种新型含共振腔体板型声学超材料结构。研究结果表明:共振锤对该板型声学超材料的吸声性能几乎没有影响;共振腔夹层板带孔上下面板的厚度或者立方体周期性方形壁板结构的壁长、壁厚等对整体结构的声学效果具有明显的调节作用,随着这些参数的增大,结构整体的吸声峰会向低频移动。

基于微缝折叠空间结构的宽带吸声超材料设计

如何实现低频宽带吸声,设计具有亚波长厚度的吸声超材料一直是一项具有挑战性的任务。提出了一种微缝折叠空间超材料结构,建立结构的理论解析模型与数值仿真模型,深入研究其声学特性和吸声机理,分析了典型结构参数对吸声特性的影响规律,基于此探究实现低频宽带吸声的可能性。研究表明,通过调整折叠空间厚度及折叠通道数目,可以在较大的频带范围内调节结构的峰值频率,同时不改变其近完美的吸声性能。最后,提出了一种宽带吸声超材料,在500~2 000 Hz频率内获得平均吸声系数达0.931的连续高效吸声带宽。结构厚度为5.68 cm,仅为最低共振频率对应波长的1/12,试验结果良好。研究成果可为实现宽带吸声提供借鉴。

水下吸声机理与吸声材料

随着我国加速实施海洋强国战略,对先进水下吸声材料的需求日益迫切.与空气吸声不同,水下的高静水压力和复杂的海洋环境对水下吸声材料提出了更为苛刻的要求.吸声问题的本质是如何将弹性能高效地转化为热能或其他形式能量.本文综述了主要以聚合物分子内摩擦机制及界面耗能机制为基础的传统水下吸声材料.传统水下吸声材料面临的主要是其在低频及高静水压力下吸声性能差的问题.这是因为:一方面受质量密度定律的限制,有限厚度的水下吸声材料无法有效吸收水中传来的低频声波;另一方面,在高静水压力下,弹性材料如高分子聚合物会变"硬",从而大大降低了声波弹性能的转换效率.随着局域共振理论及超材料概念的提出,发展出了一系列新型水下吸声材料,为解决水下吸声材料遇到的难题提供了新思路.局域共振理论的特点是可以用小尺度结构控制长波声波的传播,从而可以解决低频吸声问题.本文重点综述了局域共振理论,以及由此发展出的声子木堆、声子玻璃等新型水下吸声材料.声子玻璃材料在局域共振理论基础上,通过引入多孔金属骨架结构提高了材料的抗压性能,从而解决了高静水压力下材料吸声性能变差的问题.本文最后对水下吸声材料未来发展方向进行了展望.

超声红外热像检测中缺陷发热的瞬态温度场的有限元分析

在超声红外热像技术中 ,高能量的超声波能使各种材料中的缺陷发热 ,通过红外热像仪监视样品的温度变化 ,可以观察到缺陷区在超声激发过程中温度异常升高 ,从而实现对样品的检测 .利用有限元数值计算方法 ,对脉冲超声波在缺陷 (裂纹 )处激发的热源引起的瞬态温度场进行分析 ,计算结果与实验结果很好吻合 ,从而证明了超声波在缺陷处导致发热是一个平稳的物理过程 ,且超声红外热像技术对样品的检测是一个无损检测过程 .还对材料热学参数与超声激发过程中缺陷中心温度的关系进行了数值分析 ,为利用红外热像研究材料的各种性质提供了参考依据 .

含圆柱形空腔吸声覆盖层的二维理论

发展了一种基于线性粘弹性Kelvin-Voigt模型的二维解析理论,分析声波垂直入射情况下含有周期分布圆柱形空腔的吸声覆盖层的反声和吸声特性。将覆盖层单元近似为粘弹性圆柱管,导出轴对称波的特征方程。再利用前后界面的边界条件得到这些轴对称波的共振频率和覆盖层的反射系数公式。根据理论模型计算了刚性背衬下某种材料吸声覆盖层的低频吸声性能。计算结果表明:(1)材料损耗因子越大吸声系数越大,但吸声峰值频率基本上不变,(2)覆盖层越厚吸声峰值频率越低, (3)穿孔率越小吸声峰频率越高,吸声系数峰值越大。

水溶性高分子梯度溶液吸声机理的研究

研究了水溶性高分子涂料在其溶解过程中的吸声机理。合成了水溶性高分子涂料,并在声管中测试其溶解过程中声衰减性能。实验结果表明水溶性高分子涂料溶解过程中形成的高分子梯度溶液的声衰减效果明显优于(即大于)相应的均匀溶液。根据连续分层介质中声波传播理论建立了计算水溶性高分子溶解过程中声衰减的数学模型。计算结果与实验结果一致。由实验和理论分析结果得出了水溶性高分子涂料在其溶解过程中的梯度吸声机理,即多次反射、多次吸收,最终将声能转化为热能。

长耳鸮皮肤和覆羽耦合吸声降噪特性研究

利用体视显微镜和驻波管吸声系数测试仪,对长耳鸮、雉鸡、鸽子的胸腹部皮肤和覆羽进行形态、结构观察测试及吸声降噪特征对比试验,并试验研究了长耳鸮皮肤组织试样的耦合吸声特征。结果表明,长耳鸮皮肤和覆羽具有独特的多层次形态与结构耦合特征;在测试频率范围内,三种鸟类皮肤和覆羽的吸声能力在低频段(1000Hz以下)无明显差异,在高频段(1000Hz-4000 Hz),长耳鸮皮肤和覆羽呈现一定的吸声性能,其吸声系数最大值可达0.45,而雉鸡和鸽子体表吸声性较差。根据长耳鸮体表耦合降噪特征运用微穿孔板吸声体吸声系数计算理论,建立仿生耦合吸声数值模型,分析其形态与结构耦合特征的吸声机理。

应用粒子群优化算法设计锥形孔微穿孔板结构

为了改善传统厚微穿孔板吸声结构的吸声性能,用锥形孔代替圆柱形孔,提出锥形孔微穿孔板结构.在锥形孔微穿孔板结构的确定方法上采用粒子群优化算法,分别对其进行单参数及双参数优化.仿真结果表明:经单参数优化后的锥形孔微穿孔板较相同厚度的传统厚微穿孔板在特定频率范围内的最大吸声系数明显增大;经双参数优化后的结构,不仅可以增大其最大吸声系数,而且能够保持原有共振频率不变,从而为锥形孔微穿孔板的结构设计提供了快速有效的设计方法.

薄膜声学超材料降噪性能分析及设计

为了提升薄膜型声学超材料的隔声性能,首先采用模态叠加法和遗传优化算法实现一种反射型薄膜声学超材料单胞多参数结构优化设计;然后为了拓宽薄膜声学超材料单胞结构的隔声带宽,进一步提出一种能够实现低频宽带吸声的十字型薄膜声学超材料。结果表明:采用经过优化所得的反射型薄膜声学超材料可有效提高隔声带宽和离散频率的隔声量;并且十字型薄膜声学超材料单胞在510 Hz至820 Hz频带范围内平均吸声系数达到0.884,从而突破了薄膜声学超材料单胞仅在共振频率附近的窄带内具有优异吸声性能的限制。

弹性结构封闭空间有源消声

本文研究了外力激励弹性结构条件下封闭空间有源消声问题。首先根据声弹性理论，提出分步代入法求解初、次级声场，然后以矩形空间为例，研究了不同介质条件下有源消声规律。结果表明：对于弹性结构封闭空间有源消声，当结构一声腔耦合较弱时，次级声源基本上只能抵消声腔模态；当结构一声腔耦合较强时，次级声源不仅能抵消声腔模态，而且对抵消与声腔模态耦合良好的结构模态辐射声也有作用。最后，以有限长圆柱封闭空间为模型，完成了结构受点力激励，腔内为空气介质和水介质条件下的单次级声源有源消声实验。验证了理论结果。

海底沉积物物理参数的声学反演模式

声学反演方程是声学探测沉积物物理参数的基础方程。基于声学理论和统计理论的声速反演沉积物物理参数的两种模式,运用南海海底沉积物声学物理数据验证、比较了两种反演模式,以反演孔隙度、含水量为例,得出基于双参数经验方程反演模式的适用性较强,但精度有待于提高;基于声速理论的反演模式反演南海海底沉积物物理参数有待于进一步完善。

导电相对压电复合材料吸声性能的影响

为了研究新型环境声学功能材料,在压电导电原理的基础上,制备了以不同含量炭黑为导电相,以聚氯乙烯为基体材料,以锆钛酸铅为压电相的压电导电吸声复合材料。通过对复合材料体系的动态力学、电学和声学性能的测试分析,探讨了压电导电复合材料体系中压电吸声途径的耗能机制。结果表明,添加体积含量4%炭黑粉的压电复合材料具有最高的吸声性能。

声流现象的研究及其应用

本文从声流产生的机理出发，综合了影响声流的诸因素，介绍了声流现象的检测方法及声流效应的应用．

载流弹性薄板结构吸声性能的研究

对弹性薄板吸声结构在水下的吸声性能进行了研究,推导了载流弹性薄板结构声阻抗的解析解。提出并计算了薄板结构的势能因子B_(nm)、动能因子A_(nm)和载流因子系数χ。得出薄板结构吸声性能严格的解析理论和幂级数近似表达式,本文获得的结果使薄板理论的吸声机理更加清晰,计算也更加简化。通过低频水声管对薄板结构进行了测试,测试结果和理论计算结果吻合得较好,验证了本文理论的正确性。

影响材料吸声性能几种因素的实验研究

0引言吸声技术是噪声控制和室内声场控制的重要研究内容,吸声材料[1]则是吸声技术的重要物质条件。吸声材料按吸声机理可分为多孔吸声材料[2]和共振吸声材料[3]。共振吸声结构在中低频有较好的吸声表现,而多孔吸声材料中的纤维材料则具有较好的中高频吸声效果。目前,测量吸声材料的方法有混响室法[4]和阻抗管法[5-7]测量。