声学黑洞在减振降噪中的研究进展

声学黑洞结构作为一种轻质、高效、宽频弹性波调控手段,在减振降噪领域具备广阔的应用前景。本文基于声学黑洞效应,以轻质高效宽频减振降噪材料用于解决工程声振问题为目的,介绍了单层/双层声学黑洞梁和附加声学黑洞吸振梁、声学黑洞压痕板和内雕板、声学黑洞圆柱壳,以及声学黑洞管道减振降噪的研究进展。结合当前声学黑洞减振降噪研究和应用过程中存在的不足,对声学黑洞减振降噪领域存在的问题和未来的研究方向进行预判,为声学黑洞减振降噪研究和应用提供一些参考。

基于正则化声压匹配法的舱室声场复现

舱室噪声控制、声品质设计等研究通常需开展大量的声场测试试验,由于舱室实际试验成本较高,因此通过声场复现的方式在舱室模拟舱中复现所需求的声学环境,对于降低研究成本、开展重复性试验具有重要意义。本文面向舱室声环境复现需求,以经典声压匹配法为基础,建立了基于扬声器阵列输出的多目标点位协同复现算法,通过引入正则化技术,使算法对实际测试中的各类噪声具有更强的鲁棒性。在一个实际舱室模拟舱环境中搭建了复现系统,复现试验表明,本文算法可在指定舱内的多个点位上协同复现目标频响曲线,在宽频范围内相对误差小于5%,具有良好的精度,在舱室声环境复现应用中具有良好的前景。

含机械整流装置的电磁减振器阻尼特性分析

为了明确电磁减振器在不同工况下的阻尼特性,对具有机械整流装置的电磁减振器进行了理论建模与试验测试。首先,从理论角度建立了电磁减振器的动力学传动模型与机电耦合模型,分析其动力学和电力学特性;其次,从工程角度搭建了电磁减振器的测试台架,对其在不同工况下的阻尼特性进行了试验研究;最后,将理论仿真结果与试验测试结果进行对比。结果表明:在不同工况下,理论仿真结果与试验测试结果具有相同的变化趋势。当负载电阻从5Ω增加到100Ω时,电磁减振器的等效阻尼系数从1208 N·s/m下降到496 N·s/m。此外,激励频率从05 Hz增加至2 Hz或激励幅值从20 mm增加至40 mm,均导致电磁减振器等效阻尼系数从874 N·s/m下降至660 N·s/m。

电磁阻尼器工作特性的理论模型与试验研究

为了明确电磁阻尼器在不同工况下的工作特性,提出了一种针对电磁阻尼器工作特性的分析模型。计算电磁阻尼器的惯性力和电磁阻尼力,测试电磁阻尼器的内部摩擦力;结合计算结果和测试数据,建立电磁阻尼器工作特性分析模型;运用该模型讨论多工况下电磁阻尼器的阻尼力输出特性与馈能特性,得到以回收能量和等效阻尼系数为坐标平面的电磁阻尼器工况特性曲面。结果表明:该模型计算结果与试验测试结果的误差小于10%;电磁阻尼器的阻尼力和输出电压均与激励频率和幅值呈正相关;激励幅值对馈能特性的影响较大,激励频率对阻尼特性的影响较大;负载电阻的减少将提升电磁阻尼器的馈能能力与减振能力。

三维局域共振型声子晶体低频带隙特性研究

提出了一种三维局域共振型声子晶体结构,通过有限元仿真分析了该结构的低频带隙特性和多重振动耦合机理,继而研究了几何参数的影响因素。结果表明,该结构可以打开50 Hz以下的超低频带隙,其中基体材料和圆柱谐振子的振动耦合是带隙打开的关键,圆柱谐振子的下表面的振动位移越大,越容易打开带隙。中间层斜条部分密度对于带隙的下边界几乎没有影响,但是可使带隙的上边界往高频移动,带隙宽度变大。导致带隙变化的关键因素是中间层S2部分的长度和S1部分的角度。本工作丰富了三维声子晶体低频结构设计和等效模型研究,在工程实践中具有一定的指导价值。

新型斜截面形状嵌套谐振器的吸声特性研究

设计了斜截面形状的一种新型嵌套谐振器并研究它的吸声特性。阻抗管实验证明了不同的单层结构组合具有可调的低频宽带吸声效应,声吸收机理在于微小结构区域中的空气摩擦和结构共振使声能耗散为热能。声-电类比模型说明吸声峰值和带宽都可以通过改变结构尺寸和组合来实现,所提出的结构制作简单,在低频吸声工程实践中有一定的指导作用。

四方折叠梁声子晶体低频带隙特性研究

提出一种二维四方折叠梁声子晶体结构,通过有限元仿真分析该结构的低频带隙特性和几何参数影响,阐述多重共振耦合机理。结果表明:二维四方折叠梁局域共振型声子晶体的几何尺寸即四方折叠梁宽度的增大,可以导致带隙变窄,甚至消失。折叠梁、基体材料和谐振子连接处的几何尺寸对带隙的影响具有一致性,其尺寸的增加仅可以使第一带隙向低频移动。大原胞的不同排列组合可以打开或者关闭低频带隙。设计思想丰富了声子晶体低频带隙相关理论,可为其相关结构设计提供一定的理论指导,在超低频频率范围内的多共振现象说明该声子晶体结构在低频能量回收方面有潜在的应用价值。

黏弹细棒中直达波提取及其动态力学参数的宽频测试

黏弹性材料的动态力学参数可通过对材料样品中纵波测试并结合波速法计算得到。由于测试样品尺寸的限制,除了高损耗材料在高频范围外,不管是在样品端头或侧面都难以获得准确的直达波信号,导致参数测量不准确。针对这个问题,对一端固定一端自由的黏弹性细棒中的纵波传播过程进行了分析,提出了黏弹性细棒直达波提取的方法,并实现了黏弹性材料动态力学参数的宽频测试。采用宽带脉冲作为测试激励信号,利用两台激光测振仪对细棒的固定端和自由端的振动速度进行测试,计算得到细棒自由端处的直达波。然后,利用提取出的直达波信号进行波速法计算,得到了黏弹性细棒宽频范围内的储能模量和损耗因子,宽频脉冲测试结果与黏弹仪测试结果相吻合,验证了该方法的有效性。基于直达波提取的宽频测试方法不仅效率高,而且可以使波速法应用于更低的频段。

宽频吸声兼容电磁吸波的多功能超材料设计

超材料具有传统材料所不具备的超常物理性质,对电磁场、声场等物理场可以实现自由调控。设计了一种由多尺寸的亥姆霍兹共振器和多尺寸的金属谐振结构组成的宽频吸声兼容电磁吸波的多功能超材料,实现了对声波和电磁波的宽频双吸收。仿真结果表明:文中提出的超材料在690~927Hz范围内具有0.8以上的高吸声系数,在9.11~11.10GHz范围内对微波具有0.8以上的吸收系数。所提出的多功能超材料对于声波及电磁波均具有宽频、高效的吸收作用,在噪声污染防治和电磁防护方面有潜在的应用价值。

新工科背景下培养工匠精神的教学体系构建探究

我国职业化教育水平在近几十年间有所提高,但综合素质教育并不成功,也没有体现出工匠精神的职业素养教育。因此,在新时代,提高高校在应用型职业的教育和培养方面的质量,让具备工匠精神的专业人才成为未来高校毕业生的主流,是教育工作中亟待攻克的难题。本文立足于当前国家政策推动、各高校积极建设转型的新工科建设和工匠精神培养,阐述了新工科背景下培养工匠精神的要求、优势及教学体系的构建。高校可以通过产教融合、教学模式构建及教学内容和课程教学改进,来全面培养学生的工匠精神。

一种同时具有声波调向和衰减功能的声学超表面

在具有声波调向功能的分层介质声学超表面中引入刚性结构,基于等效介质理论,用卷曲迷宫替代不同介质,设计出在空气中同时实现调向和声衰减的声学超表面,调向范围从30°到50°,声衰减超过40%;结合分层介质理论和等效介质理论,设计一种基于卷曲迷宫的任意水下声学超表面结构,并通过理论计算和仿真分析验证该结构的效果,研究可用于设计同时具有低频、可调向、声衰减的刚性水下声学超表面。

基于波速法的黏弹性细棒力学参数宽频测试

在长短棒法的基础上,提出了利用宽带脉冲测试黏弹性材料力学参数的方法。在激振器上生成短时宽带脉冲信号,并对一根黏弹性细棒进行纵向激励。利用一台激光测振仪对黏弹性细棒两端的纵向振动响应分别进行测试,利用细棒自由端的近似一次入射信号,结合波速法原理计算得到细棒的储能模量和损耗因子。结果表明:利用本文测试方法,通过对一根黏弹性细棒两端的振动速度进行测试,即可得到连续宽频范围内的动态力学参数,且测试结果与黏弹仪数据吻合较好。

声学黑洞研究进展与应用

声学黑洞结构作为一种新型的弯曲波调控技术,可以有效地降低结构中弯曲波的传播速度,减小边界末端的反射,形成具有高能量密度的区域,因此在减振、降噪、波动调控以及能量回收等方面具有广阔的应用前景.不同于以往复杂的减振降噪复合结构,声学黑洞因其结构与材料单一,在实际应用方面具有一定的优势.时至今日,针对声学黑洞结构已经进行了大量的基础理论研究和实验探索,并取得了一定的阶段性研究成果.本文首先介绍了声学黑洞的起源和基本原理.然后,全面介绍了理论计算和实验研究方法,详细地综述了声学黑洞结构的4个主要功能性分类,即减振、降噪、波动调控和能量回收,并总结了现在研究存在的问题.最后,对声学黑洞的发展前景进行展望,并指出了未来研究的重点和方向.