内置谐振器的轻薄宽频吸声器结构设计与分析

微穿孔板吸声器的吸声频带相较于亥姆霍兹谐振器更宽,但其低频吸声的实现需要较大的空气背腔,难以应用在空间有限的场合。该文设计了一种轻薄吸声降噪结构(内置亥姆霍兹谐振器的微穿孔板吸声器,简称MPPHR),将微穿孔板吸声器与亥姆霍兹谐振器进行了结合,提升吸声器的低频吸声性能的同时兼具了微穿孔板宽带吸声的优点。首先基于微穿孔板和亥姆霍兹谐振理论建立了等效电路模型并计算了结构的声阻抗。然后通过有限元对MPPHR的吸声特性进行了参数研究。最后验证了MPPHR的声阻抗模型和有限元仿真的准确性。研究结果表明:MPPHR结构拥有更宽吸声频带,厚度仅为30 mm的MPPHR的半吸收频带可达1294 Hz,相较于同等厚度下的微穿孔板吸声器宽约500 Hz。此外,MPPHR拥有更好的低频吸声效率。

面向工程教育专业认证的动力工程专业实践教学体系改革与实践

工程教育专业认证从工程训练、实验课程、课程设计、生产实习、科技创新活动和毕业论文六个方面对专业实践教学提出明确要求。参照工程教育专业认证,该文对某高校动力工程专业实践教学方面存在的主要问题进行分析;重构实践模块分层化、实践能力递进化、科技创新全程化和校企育人协同化的实践教学体系;围绕强化校内校外实践教学条件、提升教师实践教学能力水平、激发学生实践活动参与热情和健全实践教学持续改善机制等方面开展改革与实践。该研究以期为工程类特别是动力工程专业的认证提供借鉴,为提升实践教学质量提供参考。

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。

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。

利用PVDF设计两维简支结构声辐射模态传感器

PVDF(polyvinylidenefluoride聚偏氟乙烯 )是一种新型的压电高分子材料 ,它不仅密度低 ,而且具有较强的压电性 ,机械性、可塑性好等特点 用特定形状的PVDF薄膜作为误差传感器 ,将它贴在结构体表面上时 ,对系统产生很小的影响 笔者在声辐射模态理论以及两维分布式压电传感器方程的基础上 ,利用PVDF独特的积分特性 ,以简支矩形板为例 ,设计了PVDF压电薄膜传感器用于测量简支板第一、二阶声辐射模态伴随系数 并在理论上进行数值分析比较可知 。

分层有限元模型下层合板声功率优化设计

基于遗传算法对层合板结构辐射声功率最小化进行铺设角优化;利用分层有限元模型求解层合板固有频率及振速分布;通过声辐射模态理论计算结构辐射声功率。以铺设角作为设计变量、辐射声功率作为优化变量,分别以某4层、8层层合板结构为例,研究不同频率时声功率最小化对应的优化铺设角。数值分析结果表明,在同一优化铺设角下,优化后第一阶声功率与辐射总声功率差别不大;对相同层合板结构而言,随频率增加声功率优化量增大;相同厚度下层合板铺设层越多声辐射功率优化量越小。

基于分层理论的层合板结构声辐射模态传感器设计

在低频时控制振动板结构的声辐射模态幅值是降低结构辐射声功率的一种有效策略。提出一种阵列式压电式传感器的设计方法测量复合材料层合板结构声辐射模态幅值。通过聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride,PVDF)传感器阵列输出信号设计加权系数,使PVDF传感器阵列输出信号为所需结构声辐射模态幅值。加权系数取决于复合材料层合板结构振动模态表达式。由于复合材料层合板结构复杂动力学特性,通过分层理论结合有限元法得到离散结构模态值,并对有限元离散结构模态进行最小二乘法的曲线拟合,从而得到层合板结构振动模态表达式。数值结果表明该方法计算层合板结构模态以及PVDF声辐射模态传感器设计是可行的。对试验数据进行分析比较。

基于PVDF压电传感器测量振动结构体积位移

控制振动板结构的体积位移是降低结构总声功率的一种有效策略。本文以工程常见四端位移为零的振动板为例,提出一种新的压电式传感器的设计方法测量体积位移。利用正弦函数展开近似表示固定板振动位移,通过设计特殊形状的PVDF压电薄膜,使PVDF输出信号为所需要的振动结构体积位移。结果表明这种体积位移传感器不仅适用四边简支、四边固定以及介于两者之间的边界条件板结构,而且作为一种误差传感器测量振动结构体积位移是可行的。并对实验数据进行了分析比较。

通过PVDF传感器测量振动板结构的声辐射模态伴随系数

基于声辐射模态理论进行ASAC控制系统中的一个重要内容就是获得声辐射模态伴随系数。以简支板为例,设计了一种新的PVDF(POLYVINYLIDENE FLUORIDE聚偏氟乙烯)压电传感器,用来测量板的前3阶声辐射模态伴随系数。由仿真计算结果表明,在中低频率,测量第一阶声辐射模态伴随系数时,只需要在板布置两条PVDF传感器即可;测量第二、三阶声辐射模态伴随系数时,可在板上布置多条传感器能得到比较精确的结果。同时PVDF传感器测量的结果与理论相符,说明这种新型PVDF压电传感器的设计是可行的。

基于曲率模态的复杂曲面结构损伤检测

复杂曲面结构在工程中被广泛应用,对曲面结构进行无损检测具有重要意义。本文以航空发动机的活门为研究对象,引入曲率模态差(DI)作为损伤参数。对活门进行不同程度裂纹加工,利用激光测振仪获得活门损伤前后的模态振型,应用中心差分法求解结构损伤前后的曲率模态值,利用其差值对裂纹进行定位,进而确定损伤程度。研究结果表明,采用模态曲率差法对结构进行损伤识别能准确判定损伤的位置。曲率模态差(DI)作为损伤参数,随着裂纹深度增加而增大,可以很好地反映结构的损伤程度。

基于声辐射模态有源控制的误差传感器设计方法

为了获取有源结构声学控制系统中的误差信息,提出一种基于声辐射模态的误差传感策略来测量振动结构前几阶声辐射模态伴随系数。在低频时,控制前几阶声辐射模态伴随系数可以有效控制总声功率。通过在振动平板上测量少数点的振动速度分布,求解声辐射模态展开构成的欠定方程组,得到前Ⅳ阶声辐射模态伴随系数近似值,以此近似值作为基于声辐射模态有源控制策略对应的误差传感器信号。以四边位移为零的振动板为例,对上述误差传感策略进行分析讨论。仿真和试验结果都表明误差传感策略是可行的,所获得的前N阶声辐射模态伴随系数具有较高的精度。

通过阵列传感器获取固定板声辐射模态伴随系数

以固定支撑板为例,提出一种阵列式压电式传感器的设计方法测量前三阶声辐射模态幅值。在振动板表面布置一组形状相同的矩形PVDF(Polyvinylidene fluoride聚偏氟乙烯)薄膜作为传感器,根据所需要的声辐射模态伴随系数,通过对PVDF传感器阵列输出信号设计的加权系数,使PVDF传感器阵列输出信号为相应的声辐射模态伴随系数。结果表明这种PVDF传感器阵列设计与外激励力性质(如激励力类型、频率以及位置)无关,而且适用任意边界条件板结构。

利用ADM方法设计振动梁的体积位移传感器

提出了一种用来测量任意边界振动梁的体积位移传感器设计方法。利用压电材料聚偏氟乙烯(PVDF)良好的压电性能,通过基于Adomian分解(ADM)法,求出任意边界梁的结构模态形状2阶空间导数的闭环级数解,通过模态法设计出特殊形状的PVDF传感器,使PVDF输出信号为所需要的振动梁体积位移。结果表明,在有限频率范围内,基于ADM法设计任意边界条件振动梁结构的PVDF体积位移传感器是可行的。

振动板声辐射模态伴随系数的测量

以工程常见四端位移为零的振动板为例,提出一种新的压电式传感器的设计方法测量第一阶声辐射模态伴随系数.利用特定形状的PVDF(Polyvinylidene fluoride聚偏氟乙烯)薄膜作为误差传感器,使PVDF输出信号为所需要的第一阶声辐射模态伴随系数.结果表明PVDF传感器不仅适用四边简支,四边固定以及介于两者之间的边界条件板结构,而且所设计的PVDF形状作为误差传感器对振动结构表面振速分布变化十分敏感.试验数据表明利用PVDF传感器测量振动结构第一阶声辐射模态伴随系数是可行的.

铺设角度对层合板结构声功率的影响分析

针对层合板结构铺设角度对前二阶声辐射模态幅值和辐射声功率的影响进行分析。利用分层理论结合有限元模型求解层合板的铺设角度与振动速度信息之间关系。通过声辐射模态理论,以某12层层合板结构为例,研究固定边界条件下的层合板辐射模态数、对称铺设角度、单向铺设角度以及激励力位置对声辐射模态幅值和辐射总声功率的影响。计算结果表明,在相同角度下,对称铺设层合板结构最大声功率值要小于单向角度铺设层合板结构最大声功率值;另外在低频时,对层合板结构辐射声功率起主要贡献的是前两阶辐射模态。并以某16层零度铺设的固定边界条件下的层合板结构为例,对复合材料层合板结构的声辐射模态幅值及声功率进行试验分析。

复合材料层合板声功率及灵敏度研究

采用分层理论结合有限元模型分析复合材料层合板结构的振动特性,并用声辐射模态理论进行结构声辐射分析。在此基础上,分析声功率关于设计参数的灵敏度,推导声功率灵敏度的表达公式。以四层复合材料层合板为例,着重对声功率关于层合板结构铺层角度和铺层厚度的灵敏度进行了分析研究。数值计算结果显示在层合板基频处,辐射声功率达到最大值,同时在该处灵敏度有明显的升降过程。另外,对于低噪声层合板应以±45°对称的铺设将是最为恰当的设计方案。

基于声辐射模态获取振动结构体积速度和能量分布

控制振动板结构的体积速度是降低结构总声功率和振动能量的一种有效策略。在中低频时,体积速度与第一阶声辐射模态伴随系数近似成正比。在振动平板上测量少数点振动速度分布,利用声辐射模态正交性质,通过求解欠定方程组,得到所需要的声辐射模态伴随系数,从而得到体积速度和振动能量。数值分析表明,得到的体积速度和振动能量与理论值一致,并且利用上述方法可设计一套结构简单、操作性较强的控制系统。

层合板结构声辐射模态传感器分析与测量

利用压电高分子材料聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride,PVDF)设计一种阵列式传感器来测量复合材料层合板结构的声辐射模态幅值。以声辐射模态传感器设计理论作为基础,进一步分析了声辐射模态传感器的测量精度影响因素,即粘贴位置和粘贴方向等。利用了声辐射模态传感器对层合板结构的固有频率、声辐射模态幅值以及声功率的进行测试分析。并对实验数据与理论仿真结果进行了分析。

层合板频率响应与声功率双目标优化设计

利用遗传算法对复合材料层合板结构的固有频率间隔和辐射声功率进行双目标优化设计。利用分层理论结合有限元模型求解层合板的固有频率和振速分布。通过声辐射模态理论,计算层合板结构辐射声功率。以铺设角度作为设计变量,第一阶与第二阶固有频率间隔和辐射声功率作为双目标优化目标函数,以某4层的层合板结构为例,采用目标加权法优化目标函数。研究了不同权重系数、不同频率时固有频率间隔最大化和声功率最小化对应的优化铺设角度。由数值分析结果可知:不同的权重系数比下获得的Pareto最优解不同;在同一权重系数下,两个优化目标所起的作用不尽相同;随着频率的增加,选择相对较大的权重系数可使Pareto最优解较好地兼顾两个优化目标。

基于有限点振速分布设计误差传感策略

误差传感策略是实现主动结构声学控制的关键的一环。在中低频率时,控制振动结构前几阶声辐射模态可以有效控制总声功率,基于声辐射模态进行板结构主动声学控制的关键是如何获得前几阶声辐射模态伴随系数。在振动平板上测量少数点振动速度分布,利用声辐射模态性质,通过求解欠定方程,得到所需要的前N阶声辐射模态伴随系数。利用得到的前N阶声辐射模态伴随系数作为控制器的输入,形成基于声辐射模态的主动控制策略和相应的误差传感策略。以固定支撑板为例,从主动控制效果分析得到的结果与理论值一致,说明利用上述误差传感策略得到前几阶声辐射模态伴随系数是可行的。