任意边界条件下弹性背腔膜式消声器声学特性分析

弹性背腔膜式消声器由弹性背腔以及弹性内膜组成,通过声场与弹性内膜及弹性外膜的耦合作用,降低消声器下游的透射声能,在低频具有较好的宽带消声效果。为求解任意边界条件下的弹性背腔膜式消声器的传递损失,基于能量原理,建立了弹性背腔膜式消声器的声振耦合模型。采用边界弹簧约束来实现弹性膜的任意边界条件,进而分析边界约束对传递损失特性的影响。结果表明,理论计算结果与有限元结果吻合良好;结构边界约束对系统声学特性影响显著,增强外膜边界约束,能获得低频宽带消声效果;减弱内膜边界约束,能使最低消声频率向低频移动。

弹性背腔穿孔管水消声器有限元分析

为提高穿孔管水消声器的消声性能,利用结构声耦合数值分析模型探究弹性壁与水介质的耦合作用对消声器传递损失的影响,分析弹性背腔腔壁的厚度和弹性模量以及采用弧形背腔时的弧形半径对消声性能的影响。数值分析研究结果表明:较刚性背腔条件下,弹性背腔穿孔管水消声器的低频吸声效果得到明显提高;减小弹性背腔壁的厚度和采用更小弹性模量的橡胶材料,或者采用较小半径的弧形弹性背腔可以降低弹性背腔穿孔管水消声器的吸声频率。同时,吸声效果也得到提高。

弹性壁扩张式消声器传递损失特性研究

本文将挠性接管和扩张式消声器相结合,提出了弹性壁扩张式消声器。采用传递矩阵法将弹性壁扩张式消声器划分为三个声学单元,基于Green函数和Kirchhoff-Helmholtz积分公式建立了弹性管段的声学模型,进而求得弹性壁扩张式消声器的传递损失,并且利用有限元法对理论结果进行验证。然后,研究了管壁参数对传递损失的影响。基于等效流体模型简化算法,得到弹性壁扩张式消声器传递损失的近似解法。结果表明:相较于刚性壁扩张式消声器,弹性壁扩张式消声器的传递损失曲线向低频移动并且峰值得到提高,低频消声性能得到提升;降低管壁材料的弹性模量,使传递损失曲线进一步地向低频移动;增加管壁材料的阻尼,通过频率处的消声效果得到提高。采用等效流体模型简化了求解过程,在低频范围具有较高的精度。

柔性背腔鼓型消声器声学特性分析

现有的鼓型消声器由具有刚性背腔的膨胀腔和张紧的薄膜构成,利用薄膜的振动辐射声场与原声场叠加作用,使得透射过消声器的声能减少,达到消声的目的。为使消声器兼具隔振作用,提出了新型柔性背腔鼓型消声器,基于Fourier-Galerkin方法建立其声学理论模型,将传递损失特性与现有的刚性背腔模型进行比较,进一步研究柔性背腔鼓形消声器的消声机理,并分析了背腔参数对性能的影响。计算结果表明,柔性背腔有效提高了消声器低频消声效果,较相同结构尺寸条件下的刚性背腔消声器,显著拓宽了有效消声带宽。

水下弹性微穿孔吸声结构吸声系数研究

利用模态叠加法建立了水介质微穿孔板的数学模型,基于声电类比法得到其等效电路模型。研究了弹性微穿孔板和弹性背腔对垂直入射吸声系数的影响。与空气介质中的微穿孔板不同,水下微穿孔板因结构阻抗不足,难以取得满意的吸声效果,为此提出了增强型微穿孔吸声结构,并在水介质阻抗管内对理论结果予以验证。结果表明,随着增强型弹性微穿孔板弯曲刚度的增大,其在[20,2000] Hz范围内的平均吸声系数得到提高,逐步趋近于刚性微穿孔板的结果,弹性背板使微穿孔吸声结构的吸声峰向低频移动,低频吸声效果得到提高。

水介质管路弹性背腔微穿孔消声器的传递损失特性

为抑制水介质管路系统低频噪声,兼顾结构的紧凑性,提出弹性背腔微穿孔管路消声结构,弹性管壁为橡胶帘线复合材料,并推导了传递损失的数值解法。首先,基于Biot-Allard多孔弹性理论,将弹性微穿孔板等效为弹性多孔材料;然后,利用双尺度法建立帘布的周期性代表单元,求得其刚度矩阵;接着,基于分层理论,建立弹性管壁的多层复合材料模型,并与内部声场耦合计算,得到弹性背腔微穿孔管路消声器的传递损失。在水介质驻波管中,利用双声源法测量弹性背腔微穿孔管路消声器样机的传递损失曲线,并与扩张式管路消声器和刚性背腔微穿孔管路消声器进行对比,理论结果与试验结果吻合良好。研究表明,弹性背腔微穿孔管路消声器属于反射耗散复合式消声器,具有低频域、宽频带的消声特性。样机B2在40~300 Hz和40~1200 Hz频段内的传递损失分别为36 dB和30 dB,而相同尺寸扩张式消声器在对应频段的传递损失分别为7 dB和11 dB。

弹性背腔板式消声器的低频宽频带消声特性

板式消声器由覆在刚性背腔的弹性板构成,利用声波和弹性板的耦合作用,降低下游透射的声能,在低频具有宽频带的消声特性。为提高板式消声器的性能,提出了具有弹性背腔结构的板式消声器模型,推导了弹性背腔板式消声器的传递损失特性,进一步地研究了弹性背板结构参数的影响和消声机理,并与现有的刚性背腔模型进行比较。结果表明:理论计算结果与有限元方法吻合一致;较现有的刚性背腔板式消声器,相同尺寸条件下,弹性背腔板式消声器的有效消声带宽得到显著提高。

耦合条件下微穿孔板吸声特性研究

使用轻薄材料制成的微穿孔板和背腔板,其自身的振动对其吸声特性的影响不容忽视。基于模态叠加法建立了弹性背腔微穿孔板的理论模型,研究了弹性微穿孔板和弹性背腔板的刚度、面密度、张紧力和阻尼对其吸声特性的影响,对比了不同边界条件下的弹性背腔微穿孔板吸声系数。随后,利用试验数据和有限元分析结果验证弹性背腔微穿孔板吸声理论。结果表明,在弹性背腔板和弹性微穿孔板的模态频率处,微穿孔板的吸声系数得到提高。通过合理配置弹性微穿孔板和弹性背腔板的参数,能够有效拓宽其吸声带宽。

强弱耦合板-腔系统的声辐射模态计算与分析

针对板-腔耦合系统的声辐射模态(ARM)计算问题,提出了一种基于能量原理的声辐射模态计算方法,该方法从能量原理的动力学方程构建起声压模态幅值和结构模态幅值的关系,通过将声势能表示为结构模态幅值向量的二次型形式,得到板-腔耦合系统的声辐射模态,弥补了前人理论在解决声腔为阻抗壁面和结构-声为强耦合条件时的不足。通过数值算例验证了本文计算方法的正确性和有效性,在此基础上分析了壁面和结构-声耦合条件变化对声辐射模态特性的影响。结果表明:声辐射模态辐射效率曲线会在声腔模态频率处产生峰值,阻抗壁面的引入会降低声辐射模态辐射效率在峰值处的幅值,并且阻抗值越小,幅值衰减效应越明显,具体表现为声势能曲线在辐射效率峰值频率处幅值会下降;强耦合条件下低频段声势能响应主要由弹性板结构模态激发,响应峰值密度更高,幅值更低。低频同频宽的声辐射模态辐射效率峰值数更少,峰值频率更高。