基于压电材料的主动吸声仿真方法研究

主动控制仿真软件很少,大部分控制问题都采用MATLAB自编程进行计算或搭建试验台进行试验,前者仿真结果不可靠,后者需要消耗大量的经费。针对这种问题,该文采用一种新的仿真方法,对圆形和方形压电陶瓷片的主动吸声降噪性能进行对比研究。仿真步骤分三步。第一步,在ANSYS动态分析中获取压电陶瓷片前的两个聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)压电传感器在当前载荷步下产生的声压和质点振动速度。第二步,将第一步得到的声压和质点振动速度信号导入MATLAB,分离入射声波和反射声波,利用MATLAB自带的最优控制算法计算出需要施加的控制电压。第三步,在ANSYS中将MATLAB计算出的控制电压施加到压电陶瓷片的两端,再次进行动态分析,得到下一个载荷步的两个PVDF压电传感器产生的电压。重复以上三个步骤,就可以模拟出压电陶瓷片的主动吸声控制过程。仿真试验得到了施加在不同形状压电材料上的驱动电压与频率的关系,仿真结果与理论计算结果接近。仿真试验结果表明,在表面积相同的情况下,与方形压电陶瓷片相比,圆形压电陶瓷片的吸声降噪效果更显著。

基于有源噪声控制系统的电声器件故障诊断技术研究

有源噪声控制系统是一种先进的噪声管理技术,其通过产生与入侵噪声相位相反的声波中和噪声,从而达到降噪效果。深入探讨基于有源噪声控制系统的电声器件故障诊断技术,详细介绍电声器件故障诊断技术的应用,包括整体设计方案、基于阻抗特性和信号均方根误差法的故障诊断系统设计,以及基于STM32的次级声源和误差传声器故障诊断系统的实现,确保系统的高效运行和长期稳定性。

巴特沃斯带阻声学滤波器设计

基于声电类比,通过电滤波器设计声学结构,得到的声学结构和电滤波器的滤波性能存在差异。为此,提出了针对声学结构声质量和声容的修正策略。首先,基于声电类比,建立声学滤波器的理论传递函数模型。然后,设计一阶巴特沃斯带阻声学滤波器,应用有限元法仿真其传递损失,并与传递函数理论模型的计算结果进行比较。接着,采用最小二乘法构造迭代优化算法,基于有限元幅频仿真数据,拟合声学滤波器的传递函数,计算声质量和声容的理论值和拟合值之间的误差,提出声质量和声容的修正策略。最后,通过设计一阶和三阶巴特沃斯声学带阻滤波器,对修正策略进行验证。研究表明,基于声电类比设计的声学滤波器,中心频率和阻带宽度皆偏离设计目标,且相对误差随目标阻带宽度的增加而增加;修正后的一阶巴特沃斯声学带阻滤波器,中心频率和阻带宽度的相对误差均值皆小于2%;修正后的三阶巴特沃斯声学带阻滤波器,中心频率相对误差从4.6%降到0.6%,阻带宽度相对误差从7.5%降到2.5%;应用提出的声质量和声容的修正策略,能显著提高通过电滤波器预测声学结构滤波性能的精度。

柔性声学超材料及其低频消声特性

为实现高速飞车舱内低频噪声控制,提出了一种基于Helmholtz共振效应的柔性声学超材料。通过理论分析Helmholtz腔的消声机理,利用COMSOL软件对比分析腔体单元、阵列结构的消声特性;通过声固耦合模块模拟柔性超材料的消声性能。参数化地研究了柔性声学超材料共振频率的变化规律,并分析了柔性超材料在不同变形程度下的消声特性。提出分部拔模的浇注工艺制备了柔性声学超材料样件,利用四传感器的测试原理测量样件的传递损失。研究结果表明,柔性声学超材料的测试、仿真结果均在300 Hz处存在一个传递损失峰,表现出了低于理论模型的Helmholtz共振频率及良好的低频噪声控制效果,同时柔性材料可避免因惯性对安装环境造成冲击,适用于曲面环境,在工程领域具有较好的应用前景。

有限壁厚圆管的声辐射

为研究有限壁厚圆管的声辐射特性,使用二维(2D)轴对称时域计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法计算了管口反射系数和端部修正。无限薄圆形管道计算结果与理论值吻合良好,从而证明了计算方法的正确性。研究了壁厚对管口声辐射的影响,计算结果表明,随着壁厚的增加,反射系数的幅值逐渐减小,端部修正系数则明显增大。通过对计算结果的多项式拟合,给出了反射系数和端部修正的拟合公式。最后应用该拟合公式计算管口的辐射声阻抗,结合有限元方法计算了有限壁厚膨胀腔消声器的减噪量(noise reduction,NR),通过与使用自动匹配层计算得到的结果对比,验证了拟合公式的准确性和实用性。

折叠特征的低频Helmholtz共振器的数值计算与实验研究

Helmholtz共振器可有效抑制共振频率处噪声。提出一种具备折叠特征的Helmholtz共振器。基于有限元分析,计算共振器在100至800 Hz频带内传输损失曲线,并根据传递函数法进行实验,验证数值计算的准确性。结果表明,在等体积条件下,具备折叠特征Helmholtz共振器有效频率更低,且在共振频率处传递损失达35 dB。使用响应面法对该共振器结构参数进行相关性分析,并获取结构参数对声学特征的影响。研究表明具备折叠特征的Helmholtz共振器能够有效降低共振频率,在低频降噪控制工程领域中具有广阔应用前景。

串联囊式压力脉动衰减器气压主动控制方法研究

针对现有串联囊式衰减器(囊式衰减器)压力适应范围窄的问题,提出了通过气压控制系统实现囊式衰减器气囊内部气压主动跟随液压系统工作压力变化的方法,使囊式衰减器在不同工作压力时均具有良好压力脉动抑制性能。在建立气动伺服控制系统数学模型的基础上,分别采用比例积分微分(proportional integral derivative,PID)及模糊PID控制方法实现了囊式衰减器气囊内部气压主动跟随系统工作压力的变化,分析了系统工作压力的变化频率、振幅、气瓶充气压力等因素对气囊内压力控制性能的影响,在理论上证明了所提出方法的可行性;分别通过声学仿真软件和试验研究了采用与不采用气压主动控制时囊式衰减器对压力脉动的抑制性能,研究结果均表明采用气压主动控制方法时囊式衰减器对液压管道系统压力脉动的衰减幅值更大、压力适应范围更广,进而验证了所提出气压主动控制方法的有效性与可行性。

声学黑洞吸声体结构吸声性能的实验研究

通过在圆管内部布置圆环,使得管道的有效导纳沿轴向逐渐增大,从而实现管道的声学黑洞效应,即声波传播时声速逐渐减小至0,不发生反射的现象,进而使声学黑洞吸声体成为宽带吸声结构。首先对声学黑洞吸声体的吸声性能进行理论分析,随后设计了不同尺寸的声学黑洞吸声体结构,通过实验研究声学黑洞吸声体物理参数对吸声性能的影响。实验结果表明,当圆环数量大于20时,声学黑洞吸声体结构能实现宽带吸声。当圆环数量相同时,有效吸声频带随着管道长度的增大向低频移动;当管道长度相同时,吸声性能随着圆环数量的增加而提高。

船用空调阻性消声器消声量计算方法优化的实验研究

在船用空调系统中,由于已有的阻性消声器消声量的经验公式忽视了高频失效效应的影响,使得原有的消声量计算方法在高频段不再适用,为了探究出一个符合船用空调阻性消声器消声量的计算公式,通过分析实验数据,选择一个与模型相适应的经验公式,最终在此基础上结合实际工况对经验公式进行修正与检验。结果表明:当频率处于中低频时,罗杰斯公式的消声量计算值与插入损失值的变化趋势十分接近,误差在4dB左右,但在高频段,由于高频失效效应,经验公式不再适用;其次拟合出来的经验公式修正式,在倍频程下的消声量值与实际工况相互一致,误差低于3dB,满足实验预期要求。

波纹消声器声学性能的数值分析及试验

波纹消声器可实现特定频带上的消声最大化,通过调节不同波纹深度的重新组合获取非规则波纹结构来实现频带上的互补。采用侧支共振腔理论公式计算单波纹传递损失,依据双负载原理搭建试验台测量波纹管声学性能,将理论、试验结果分别与数值预测值进行比较。研究结果表明:波纹深度是影响单波纹共振频率的主要因素;非规则波纹结构传递损失带宽主要受非规则波纹数量、相邻波纹深度差影响;消声腔容积影响有效带宽频率范围。最终优化结果相比常规波纹管,在1000~5000 Hz内传递损失均值提升约20.55 dB,带宽拓宽约1750 Hz。

内部结构对充水膨胀腔消声器声学性能的影响

结构声耦合效应对充水消声器的声学性能具有重要的影响,利用频域有限元法,结合二维轴对称结构声耦合数值模型分析消声器内部声场,研究消声器内部插入管和环形挡板对膨胀腔水消声器声学特性的影响。数值研究表明:结构声耦合效应会使传递损失的通过频率和峰值频率向低频移动,并压缩消声频段;插入管的结构声耦合效应导致传递损失曲线出现明显峰值,这与插入管的固有模态有关,增加插入管长度时,其一阶固有频率降低,峰值消声频率向低频移动,这有利于低频噪声的衰减;对比双级膨胀腔消声器,挡板会提高低频消声量,挡板厚度会对低频消声量产生明显的影响,但挡板的位置对低频消声量影响不大。

三维曲折空间、超构复合阵列式消声器设计研究

针对排风散热风机系统低频噪声难以消除的难题,基于声学超材料理论及阻抗排布设计方法,融合超材料的低频吸声量高与玻璃纤维棉高频吸声性能好的优点,设计一种具有三维曲折空间、超构复合的消声器单元,将多个不同吸声频率的单元进行组合及优化,提出一种阵列式消声器。有限元计算分析表明,在不改变结构外形的前提下,具有三维曲折空间、超构复合阵列式消声器较传统的阻性消声器在100及260~310Hz范围内具有5~26dB降噪效果的提升量,具有宽频带高效消声的性能,可用于工业级的大面积、大规模消声。

电声器件在有源噪声控制系统中的故障检测与管理技术应用

介绍有源噪声控制系统的基本原理及其在现代工业和生活中的应用重要性,分析电声器件故障诊断的关键技术,包括声学特性分析、电参数测试、信号处理技术、机器学习算法以及环境因素监测,强调了这些技术在提高故障检测准确性、预测潜在故障以及降低维护成本方面的重要性。

一种新型化工空分机组消声装置的探讨

随着我国的工业化进程的进一步加快,化工生产领域的发展就显得越来越重要,大型化工空分技术的应用需求也随之不断增加。现有化工业空分机组工作时噪音大,容易造成噪音污染,同时会对操作者造成健康影响,易发生噪声聋等职业病,且设备整体稳定性一般,受力冲击时各固定连接处容易松动,形成安全隐患。探讨的一种新型空分机组消声装置,为化工空分机组降低噪声污染提供更多技术应用措施选择,有效改善空分机组噪声、振动问题。

变频空调器异常制冷剂流体噪声机理研究及专用消声装置的设计

变频空调器的普及速度越来越快,随之而来的一些技术壁垒需要攻克,其中制冷剂流体异常噪声就是变频空调器的一个顽疾,不时引起用户投诉。经过分析这种异常噪声的发生机理,并通过多方试验验证,最终完成了由整流管、过滤器、主毛细管、过渡管、加强管、防振胶等关键零部件构成的专门针对制冷剂异常噪声的消声装置。通过对数十个制冷剂流体异常噪声问题的机型进行试验验证,此装置都可以起到良好效果,解决了异常噪声问题。同时,还一并消除了一些此前无法处理的强度弱、振动大、嗡嗡声等问题。此装置均由通用原材料构成,通用性强,成本低,可以解决难度很大的技术问题,是一项实用的创新设计。

消声器仿真设计技术在空调系统噪声品质提升中的应用

变频空调产品开发过程中常会出现气流引起的噪声问题,解决该问题的常规手段是在压缩机管路系统中增加消声器,而消音器的选型设计主要依靠实验,分析效率低,且缺少指导方向。本文基于仿真技术对空调系统常用消声器进行参数化研究,分析了消声器结构、系统制冷剂、焊接安装等参数对消声器性能的影响,有助于提升消声器在空调系统中的性能。同时,自主开发了消声器参数化设计与计算软件,可高效指导消声器设计选型,针对某空调产品传递声问题,应用该软件进行消声器方案设计与验证,成功解决了该噪声问题,消声器仿真技术的应用可大幅提升变频空调系统噪声分析效率,提升产品噪声品质。

基于有限元的空调消音器仿真分析与优化

基于有限元分析方法,对某空调室外机的消音器进行仿真分析计算,得到其传递损失曲线,结合对空调室外机产品的噪声频谱分析,确认原消音器的消音频段不能满足降噪要求。对消音器结果进行优化,在消音器入口端增加插入管,经过仿真分析和实验测试对比,确认优化后的消音器能有效提高消音器的消声频段,与原方案对比,原最大噪声频段的噪声值降低了16 dB(A),解决了机组的噪声问题。

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。

水介质复合消声器传递损失特性分析

为了降低水介质管路系统的低频噪声以及更加准确地预测水介质消声器传递损失,设计一种水介质复合消声器,使用结构声耦合数值模型分析消声器的声学特性。计算壁厚为150 mm的穿孔管消声器传递损失,并与刚性条件下的数值结果进行比较,验证方法的正确性;研究弹性腔壁与水介质的耦合作用以及不同结构参数的穿孔管和内插管对消声器传递损失的影响。数值研究表明:复合消声器的消声效果相较于传统的穿孔管消声器有较大提升;降低腔壁材料的弹性模量会使结构声耦合效应增强,低频消声性能得到提高;增加腔壁材料的阻尼系数,通过频率处的消声效果得到提高;减小腔壁壁厚有利于低频消声效果的提高,但不利于宽频范围的消声性能;复合消声器内加入内插管后,消声效果在较大频率范围内得到提升;改变穿孔管的结构参数,对低频消声效果影响不大。

圆孔非线性声阻抗三维时域仿真与特性分析

为研究有限振幅声波作用下圆孔的非线性声学特性,提出了基于三维时域计算流体动力学(CFD)仿真的圆孔非线性声阻抗提取方法,通过求解层流方程来模拟声信号在圆孔及上下游的传播,以及采用横向周期性边界条件来考虑高穿孔率时圆孔之间相互作用的影响。研究了不同幅值声波作用下孔径、厚度和穿孔率对声阻抗的影响规律,通过对质点振速幅值、频率和板厚等组成的无量纲参量进行非线性回归分析,得到了圆孔非线性声阻抗的拟合公式,并将其转换为可考虑多频声波影响的时域模型。最后结合声阻抗时域模型和有限差分方法计算了直通穿孔管消声器在小振幅和有限振幅声波作用下的传递损失,通过与实验测量结果的比较,验证了拟合公式的准确性和实用性。