表面平齐的并联微穿孔板吸声结构特性仿真研究

针对火箭发动机燃气高温高速射流通道内噪声控制的工程需要,提出了一种表面平齐的并联微穿孔板吸声结构设计方案。基于微穿孔板吸声理论,建立了COMSOL微穿孔板吸声结构吸声性能仿真模型,对该类并联微穿孔板吸声结构的吸声特性进行了仿真研究,分析了并联结构的背腔深度比、周期和单体宽度等多种参数对吸声性能的影响。结果表明,通过合理选择微穿孔板参数,以及并联共振腔深度、周期比、单体宽度等参数,可以得到吸声带宽、吸声系数较优的吸声结构,且加工制造与安装维护简单,研究成果可用于高温高速射流通道内的强噪声辐射环境控制。

基于微穿孔板的模型直升机舱内降噪研究

为验证微穿孔板吸声结构对直升机舱内噪声抑制的可行性和有效性,基于某轻型直升机模型机舱,开展了仿真与试验研究。首先,给出了适用于直升机舱内壁板的典型微穿孔板吸声结构方案;其次,建立了主减速器/机体声振耦合有限元模型,得到了微穿孔板吸声结构的设计频率范围,并通过仿真验证了吸声效果;最后,搭建了安装有微穿孔板吸声结构的模型直升机机舱试验平台,开展了舱内噪声试验研究。结果表明,在机舱内安装微穿孔板吸声结构后,相比于未安装微穿孔板机舱,在800~1 000 Hz和1 200~2 000 Hz的频率范围内,均具有优良的舱内降噪效果,最大噪声衰减量超过20 dB。

多层微穿孔板吸声特性研究

本文研究了在大背腔情况下多层微穿孔板结构的设计与吸声特性问题.在实际应用中,根据电-力-声类比法,微穿孔板吸声结构可以等效为电阻-电容串联的电路系统.但随着背部空腔深度的不断增加,传统的电-力-声类比法在分析多层微穿孔板结构吸声特性时变得十分复杂,且计算精度较低.鉴于此,本文提出了一种传递矩阵的计算方法,用于分析多层微穿孔板结构的吸声特性.并结合有限元仿真分析方法,通过数值算例验证了该方法的正确性与有效性.

多层微穿孔板吸声性能的理论分析与参数优化

论文基于微穿孔板理论对单层、双层、三层微穿孔板在声波频率为0~1500 Hz下的吸声性能进行分析,运用声电类比法和传递矩阵法分别计算双层微穿孔板、三层微穿孔板的吸声系数。首先使用控制单一变量法对影响微穿孔板吸声性能的各个参数做定性分析,确定各个参数与吸声性能是正相关还是负相关,其次使用有限元软件COMSOL Multiphysics对微穿孔板的吸声系数进行仿真计算,将有限元仿真的结果与数值仿真的结果进行对比,从而验证数值仿真的可靠性,再使用主成分分析法对微穿孔板的各个参数对吸声性能的影响进行定量分析,确定微穿孔板各个参数对第一吸声峰值对应频率的影响程度,给实际工艺中减小第一吸声峰值的频率提供理论的指导,最后通过改进遗传算法优化多层微穿孔板结构,给微穿孔板各个参数取一个合理的值使多层微穿孔板在0~1500 Hz下具有良好的吸声性能,优化后的结果表明随着微穿孔板层数的增加其对低频声波的吸收能力会有所增强。

微穿孔板吸声结构设计参数研究进展

为推进健康城市防噪降噪工作,预防和减少噪声污染对人们健康产生的危害和不良影响,研究声学材料-微穿孔板吸声结构设计参数对降噪防噪的促进作用。首先,采用文献综述方法,以传统微穿孔板基本理论和基本特性为基础,根据国内外研究现状,按照改变板结构、微孔结构和空腔结构等设计参数进行分类;其次,分析不同改变方式对微穿孔板吸声性能的影响;最后,归纳总结可提升微穿孔板降噪功效的不同方法。研究结果表明:合理改变微穿孔板吸声结构设计参数是预防和改善噪声污染的有效方法,研究结果可为健康城市防噪降噪工作提供参考依据及理论支撑。

变孔径微穿孔板在空间站应用的初步研究

针对国际空间站舱内噪声控制目标,分析了国际空间站某舱段噪声频谱特点,对变孔径微穿孔板的部分几何参数进行了优化,并对优化后的变孔径微穿孔板吸声性能进行了仿真分析和试验测试。结果表明:某型变孔径微穿孔板在100~400 Hz范围内的吸声系数在0.8以上,优化后的变孔径微孔板在目标吸声频段具有较好的吸声效果。

阶梯式复合微穿孔板吸声特性研究

针对传统微穿孔板吸声频带较窄的问题,基于背腔分割机制和串并联并存的耦合机制,设计出不同阶数的阶梯式复合微穿孔板结构。首先,根据马氏理论和声电类比法推导出各阶复合微穿孔板的数学模型;随后,初步设定结构参数并通过comsol有限元仿真探究该复合穿孔板结构的吸声特性;在研究的频率范围内采用遗传算法对各阶复合微穿孔板进行优化;最后将优化后结构的吸声特性与优化前的进行对比分析,得出三者优化后的最大吸声系数分别为0.99、0.97、0.99。研究结果表明,所设计的阶梯式复合微穿孔板在0~3 000 Hz范围内吸声性能要优于传统的单层及双层串联微穿孔板,其中综合吸声性能和制造成本的考量,三阶复合微穿孔板平均吸声系数可达到0.88,吸声效果最佳。

板膜耦合微穿孔板消声器的性能试验分析

为了使微穿孔板消声器具有低频宽频带吸声性能,文章提出一种将刚性微穿孔板与柔性微穿孔薄膜复合而成的微穿孔平面,并利用平均速度法预测了其吸声效果。文章分析了薄膜面积占比、薄膜厚度、背腔深度对吸声效果的影响。由分析结果可知:板膜耦合微穿孔板消声器与刚性微穿孔板消声器相比,吸声频带宽度从260 Hz拓宽到了650 Hz,与柔性微穿孔板消声器相比,在一定频率范围内吸声系数从0.55提高到0.75,通过适当改变薄膜厚度、背腔高度以及薄膜面积占比能控制微穿孔板吸收峰和薄膜共振吸收峰的相对位置,消声器可获得较好的吸声效果。研究成果可进一步拓宽微穿孔板消声器在低频降噪领域的应用范围。

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。

变截面背腔结构的微穿孔板吸声器的设计与研究

如何实现微穿孔板吸声结构的宽频吸声是近年来的研究热点之一。针对微穿孔板吸声结构的宽频吸声问题,本文设计了一种不规则背腔结构,并将其应用到单层和双层微穿孔板的吸声器上,对其吸声性能进行了研究。利用声电类比模型获得吸声器各部分的阻抗关系,然后通过理论计算得到吸声结构的阻抗和吸声系数。理论、仿真和实验结果表明:在不增加结构厚度的情况下,通过内层变截面隔板对背腔进行不等体积分割,可拓宽微穿孔板吸声带宽,且结构相对简单。该研究为微穿孔板吸声器的宽带低频吸声及其应用提供了新的设计思路。

自由场中大尺寸有源微穿孔板吸声器的低频吸声性能

大尺寸有源微穿孔板吸声器的低频吸声性能依赖于入射声场环境,故在现有管道声场的研究基础上,探究了其在自由场环境中的有源吸声性能.首先,引入随位置变化的声压反射系数表征非局部反应表面在垂直入射平面波激励下的反射声场,并结合模态分析法建立理论模型.其次,从空腔声模态对入射波的反射作用及对声吸收的贡献度揭示了自由场中有源吸声的物理机制,构建了误差传感策略.最后,实验验证了理论模型与所获结论的正确性.研究表明:入射波激励起的(0,0,0)空腔声模态,其幅值越大对入射波的反射作用越强;控制源抑制该声模态并使其幅值降到最优值时,它不再反射并会大幅吸收入射波,低频吸声性能显著提升.但控制源激发的高阶空腔声模态对入射波起完全反射作用,将阻碍控制性能的提升.故相比于管道声场,自由场中的有源吸声性能有所减弱.控制源在抑制(0,0,0)声模态的同时能确保不大幅激起高阶声模态时,声压释放和阻抗匹配传感策略对自由场环境仍然适用.

微穿孔板—二次余数扩散体复合结构的吸声特性仿真分析

我国铁路建设规模逐渐扩大,列车运行速度不断加快,在运行过程中由于轨道不平顺、列车交汇等产生一系列噪声,而微穿孔板—二次余数扩散体复合结构可以用于解决轨道交通系统的噪声问题。首先通过Comsol有限元仿真对微穿孔板与7阶二次余数扩散体的复合结构进行吸声特性探究,结合已有的实验结果验证仿真方法的准确性。后续研究二次余数扩散体子背腔排列顺序对复合结构吸声特性的影响,发现只有保持二次余数扩散体腔体的对称性,才能使复合结构的吸声效果较好;探究二次余数扩散体子背腔折叠对复合结构吸声特性的影响,发现二次余数扩散体子背腔折叠对第一个吸声峰毫无影响,只对高阶谐振峰产生影响,背腔折叠的长度越大,第二个吸声峰发生频率越往高频移动;最后分析微穿孔板孔隙率、孔径及板厚对复合结构吸声特性的影响,结果表明微穿孔板的孔隙率及板厚主要影响吸声频率,随着孔隙率(板厚)变大,吸声结构的共振频率稍向高(低)频方向移动,而孔径主要对吸声性能起作用,孔径越小吸声峰越高。有关结论可为低频吸声结构设计提供参考。

声致振动对3层微穿孔板吸声体吸声性能影响

为了研究声致振动对3层微穿孔板吸声体的吸声性能的影响,基于微穿孔板吸声理论与声电等效电路原理,对考虑声致振动时,3层微穿孔板吸声体的吸声性能进行了计算。研究发现,考虑声致振动时,3层微穿孔板吸声体的低频吸声性能有所降低,高频吸声性能变化不大。且随着微穿孔板的质量密度的增加,考虑声致振动时的3层微穿孔板吸声体的吸声性能曲线逐渐接近未考虑声致振动的情况。当其它参数保持不变时,随着穿孔板穿孔直径和间距的增加两共振峰逐渐向低频方向移动;随着穿孔率的增加,两共振峰逐渐向高频方向移动。因此,声致振动对3层微穿孔板吸声体的吸声性能有一定的影响,其影响程度与微穿孔板的质量密度和结构参数相关。

微穿孔板吸声体的研究进展

简述了马大猷教授的微穿孔板基本理论、微穿孔板吸声体在扩散声场以及在高声强环境下的理论要点。比较详细地讨论了30年来与马大猷教授所提理论相对应的实验研究结果及应用发展情况。基于马大猷教授的基本理论,提出了一种新的相关衍生结构——管束微穿孔板。对微穿孔板吸声体的发展趋势做了展望。表明:微穿孔板吸声体将成为新世纪的绿色理想吸声材料。

应用微穿孔板吸声结构的飞机座舱内部噪声控制实验研究

针对某些特殊情况下飞机座舱内部噪声过大的实际情况,对其进行了噪声无源控制实验研究。以某飞机座舱模型为研究对象,利用微穿孔板吸声结构成功实现了一套飞机座舱模型内部噪声无源控制系统。同时利用Cada-X结构动力学分析系统建立了一套振动噪声控制性能测试系统,可广泛应用于各种振动噪声有源、无源控制系统的控制性能测试。同时对所设计的微穿孔板吸声结构吸声系数进行了理论计算和实验测量,对比结果表明其一致性良好。最后利用该测试系统对飞机座舱模型噪声无源控制系统进行了控制性能测试,控制效果明显。从而说明了此方法对飞机座舱内部噪声抑制的有效性和可行性。

并联微穿孔板吸声结构研究

分析不同共振频率的微穿孔板吸声结构并联的结构模型,并计算了其组合吸声系数。理论计算结果与采用SYSNOISE软件,根据GB/T 18696对并联的微穿孔板吸声系数进行仿真实验得到的结果及已有实验数据进行对比。结果表明,该文中并联微穿孔板吸声结构的声阻抗率及组合吸声系数的计算方法是可行的。

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。

三层微穿孔板的优化设计及特性分析

根据马大猷的微穿孔板理论,计算了三层微穿孔板的吸声系数。应用遗传算法对其结构参数进行了优化,并对其吸声特性进行了分析研究,与优化后的双层微穿孔板结构进行比较,结果表明:经过遗传算法优化后的三层微穿孔板在频域上能够获得更加饱满的吸声系数曲线,接近传统吸声材料的吸声性能。并且通过实验验证了优化设计的结果。

计及板材料性能影响的微穿孔板吸声特性仿真计算

针对经典微穿孔板理论模型假设板为刚性、忽略其自身材料性能对吸声特性影响、而计及该影响时模型精确度降低之问题,在计及板材料性能影响的微穿孔板等价多孔材料模型理论基础上,采用VA ONE软件的foam模块建立微穿孔板等价模型模拟其在扩散场中的吸声特性,并与经典理论模型仿真计算结果及混响室实验测试结果进行对比,该等价模型较经典模型更接近实际使用值,且该模型对复杂多层微穿孔板同样有效,均具较高的工程意义及应用价值。

双层串联微穿孔板消声器的设计与试验

针对某抽气泵排气噪声从高于80dB(A)降低到72dB(A)以下的要求,应用微穿孔板吸声体理论,设计双层串联微穿孔板消声器,并制作样件进行试验。结果表明安装消声器后,最大噪声值不超过67dB(A)。且在1000Hz～2500Hz频段,噪声下降尤为明显,消声量达到了10dB(A)～20dB(A),满足了设计的目标,验证了理论与实际的一致性。