道路声屏障组合吸声结构设计与评估

声屏障在道路交通噪声污染防治中得到了广泛应用,但同时面临材料吸声性能有限、轻量化程度有待提升等问题。为了更好地提升道路声屏障的降噪效果,需要研究组合吸声结构的声学性能及其影响因素。建立了二维阻抗管有限元模型,与实验数据进行对比验证了其可靠性。基于有限元仿真构建了微穿孔板-双层多孔吸声材料-空腔组合吸声结构,研究了几何参数对组合结构的吸声性能的影响,并在实际道路场景中进行了仿真分析。结果表明,微穿孔板的孔径和厚度减小,组合结构在中高频段的吸声效果提升;穿孔率减小,组合结构在低频段的吸声性能提升,但是中高频吸声性能显著降低;多孔吸声材料厚度的增加能提升组合结构中高频吸声系数。在多孔吸声材料背后合理设置空腔并不会降低组合结构的声学性能。穿孔率3%,孔径0.4 mm,板厚1 mm的微穿孔板与3 cm聚酯纤维+3 cm三聚氰胺+2 cm空腔的组合吸声结构降噪效果较好,将其作为吸声型声屏障的材料。吸声型和隔声型声屏障插入损失的规律基本一致,采用组合吸声结构的吸声型声屏障较隔声型声屏障插入损失提升1~2 dB,能够较好地控制中低频交通噪声,具有实际工程价值。

亥姆霍兹共振腔复合结构的吸声特性

针对由亥姆霍兹共振腔构成的声学结构,研究了在结构尺寸不变的约束下,有效提升吸声性能的方法。首先,基于声电类比,设计了单腔亥姆霍兹共振器;然后,对单腔进行非均匀分割,形成具有不同腔深的多个亥姆霍兹共振腔,构造多腔并联结构,并建立计算吸声系数的数学模型;接着,在多腔并联结构中添加多孔吸声材料,研究材料厚度对吸声性能的影响;最后,用微穿孔板替代多孔材料,构造亥姆霍兹共振腔微穿孔板复合结构,结合微穿孔板理论,研究结构的吸声性能。结果表明,通过对单腔进行非均匀分割,构造多腔并联结构,能显著提高吸声性能,但随着腔体个数的增加,低频截止频率有向高频偏移的趋势;在多腔并联结构底部添加多孔吸声材料,对吸声性能的提升效果十分有限;在多腔并联结构中布置微穿孔板,能显著拓宽有效吸声带宽,并提高整体吸声系数;结合多腔并联结构的设计和布置微穿孔板,能实现结构吸声性能的大幅提高,且随着并联腔数的增加,吸声性能提升效果更明显,吸声系数曲线更平滑。

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。

超细微穿孔板构筑轻质结构的吸声特性研究

为了解决传统微穿孔板中低频有效吸声带宽过窄的问题,设计了一种超细微穿孔板(UMPP)构筑轻质结构,建立了基于微穿孔板理论的吸声理论模型和高保真有限元模型,并搭建了基于声阻抗管的吸声测试系统。研究了单层、双层、三层UMPP吸声结构的吸声特性,发现单层UMPP吸声结构具有较好的有效吸声带宽,但存在明显的吸声波谷,并利用归一化声阻和归一化声抗揭示了其吸声机理。为了进一步改善所提UMPP吸声结构的吸声性能,提出了一种结构优化设计策略,实现了亚波长尺度下(1/8波长),369~7000 Hz频率内的宽频有效吸声。

结构参数对微穿孔板结构声学特性的影响研究

微穿孔板结构声学特性与结构参数密切相关,该文讨论了这些结构参数对吸声性能的影响。采用传递矩阵法计算微穿孔板结构的声学特性,在验证理论计算结果可靠的基础上,研究结构参数(如穿孔率、微孔直径、板厚和空腔距离)对微穿孔板结构吸声性能的影响规律。结果表明,穿孔直径、板厚和穿孔率主要影响吸声结构的共振吸声峰值,空腔厚度主要影响共振基频;共振吸声峰值随穿孔率、微孔直径和空腔厚度增加而降低,随板厚增加而增大。增加穿孔率,共振基频向低频移动;而增加微孔直径、板厚和空腔厚度,共振基频向高频移动;吸声频带宽度随穿孔率增大而增加,随微孔直径、板厚和空腔厚度增加而变窄。

微穿孔板吸声结构水下应用研究

马大猷教授提出的微穿孔板吸声结构在空气噪声降低和隔离方面得到了广泛的应用,但未见水下应用的相关研究和报道。本文将空气中微穿孔板理论应用到水中,得到了水下微穿孔板吸声结构的吸声公式。通过理论分析,得出了微穿孔板结构直接应用于水中无法获得宽频吸收的结论。提出了通过匹配液将微穿孔板间接应用到水下的设想。设计了单层板和双层板吸声结构,并对它们的吸声特性进行了理论分析与仿真。结果表明,本文设计的微穿孔板吸声结构在水中能够获得优于空气中的宽频带吸声效果。实验测量了自制的微穿孔板吸声结构,吸声系数的测量值与理论曲线基本吻合,从而验证了理论分析的正确性。

粒子群优化算法在轨道交通降噪结构微穿孔板设计中的应用

为了研究轨道交通噪声的降噪结构,基于"微穿孔板吸声体精确理论",采用粒子群优化算法对微穿孔板结构参数的共振频率进行计算;以微穿孔板吸声体的共振频率为优化目标,孔径、穿孔率、空腔厚度为优化参数,用粒子群优化算法对微穿孔板吸声体的结构进行优化设计;以城市轨道交通噪声为例,设计了较为合理的结构模型,并通过数值实验验证。研究结果表明:粒子群优化算法是微穿孔板吸声体结构设计的一种可行和有效方法。

隔声薄膜褶皱对微穿孔板吸声性能的影响

为提高微穿孔板结构的吸声效果,将隔声薄膜制作成褶皱结构,加入微穿孔板后空腔中,采用驻波管法进行吸声试验,测试在125 Hz到2 000 Hz的13个1/3倍频程中心频率处的吸声系数。试验结果显示:单独的隔声薄膜褶皱结构具有一定的吸声能力,褶皱的高度对其吸声能力有一定影响;隔声薄膜褶皱结构的加入能有效提高微穿孔板的吸声性能,当褶皱高度为6 cm时,加入褶皱前后,吸声峰值由0.733提高到0.977,吸声带宽由2个(800 Hz^1 250 Hz)提高到5个(400 Hz^1 000 Hz)1/3倍频程中心频率;随着褶皱高度从2 cm提高到6 cm,复合结构的吸声系数显著增加,吸声带宽随之增大,吸声频带朝低频方向移动,当褶皱高度为6 cm时,吸声峰值达到0.977,接近全吸收。试验初步研究了隔声薄膜褶皱对微穿孔板吸声性能的影响特性,为进一步的理论计算与实际应用提供一定根据。

微纳材料修饰的硅基微穿孔板共振降噪复合器件(英文)

探索了一种通过MEMS技术制备硅基微穿孔板共振降噪结构,并进一步将ZnO微米纳米材料加入其中以提高吸声性能的新方法.采用MEMS技术在硅片上得到了孔径为100μm、一致性良好的微孔阵列,将其与刚性底座组合在一起,构成硅基微穿孔板降噪器件.将通过水热合成法得到的ZnO微米纳米材料制备在后底板硅片上,并与硅基微穿孔板组装在一起,构成微米纳米复合降噪器件.对上述两种器件进行降噪实验,结果显示采用MEMS精密加工技术能够获得吸声系数较高的共振降噪器件,而经过ZnO微米纳米材料修饰后的复合器件,其在1 500～6 000Hz频段内的平均吸声系数提高了2.54%,达到85.87%.这一现象在1 500～3 000 Hz频段尤为明显.因而,采用ZnO微米纳米材料修饰后的复合器件,吸声性能有所提升.

面向微穿孔板吸声结构和吸声特性混合设计的软件平台

微穿孔板吸声结构是由微穿孔板与板后空腔组成的共振吸声结构,被认为是继多孔吸声材料之后发展起来的最有吸引力的吸声结构,其吸声特性与结构参数孔径d、板厚t、孔距b及空腔深度D有关,如何按需设计一个有效的微穿孔板吸声结构已成为目前研究的热点。本文从微穿孔板吸声结构和吸声特性混合设计的角度出发,使用面向对象的编程语言C++开发了微穿孔板吸声结构设计平台。与以往设计方法不同,本文开发的软件平台综合考虑了结构参数和吸声特性参数两方面的限制,根据实际应用要求平衡微穿孔板吸声结构的最大吸声系数与吸声带宽之间的制约关系,并以饱满的吸声曲线为目标,提供满足混合设计要求的优化结构参数。

微穿孔板结构声反射与吸收特性的实验和应用(英文)

依据马大猷教授的微穿孔板基本理论,在对微穿孔板吸声结构完成吸声理论计算的基础上,进行参数选择并设计了微穿孔吸声反射板的结构,用于新建的阶梯教室和体育馆中.同时,分析了这种微穿孔吸声反射板结构在阶梯教室中的声反射和声吸收性能.经现场测试与主观评价,证明了此方法对阶梯教室和体育馆音质效果控制的有效性和可行性.

微穿孔板消声器在风冷插箱噪声控制中的应用

雷达设备风冷插箱散热设计是雷达产品可靠性结构设计、热设计的重要内容。在实际应用中,强迫风冷被广泛使用,散热和噪声控制往往产生矛盾。如何控制噪声,对改善产品使用环境有着重要意义。文中针对风冷插箱噪声过大问题,运用微穿孔板近似吸声原理,设计了一种消声插件,对该微穿孔板消声器的降噪效果进行了测试,可以减低噪声3 dB(A)左右。从而说明该消声器有一定的降噪效果,在一定场合可以应用。

微穿孔板简化仿真方法在双层微穿孔结构中的应用

为解决微穿孔板消声结构声学仿真计算过程中,微孔给有限元网格划分带来的困难,采用两种不同的简化方法模拟微穿孔板.其一将经典微穿孔板吸声结构理论与传递导纳法相结合,通过在穿孔板内外表面定义一组传递导纳系数表示微穿孔板;其二则计及板材料性能对吸声特性的影响,将微穿孔板转化为等价的多孔材料模型.分别运用这两种微穿孔板简化仿真方法对某高频双层串联微穿孔板消声器的传声损失进行仿真计算,并与阻抗管实验测试结果进行对比.结果表明,两种微穿孔板简化仿真方法均适用于双层微穿孔结构,且能准确有效地预测其声学性能.

一种新型微穿孔板吸声特性研究

传统微穿孔板的穿孔为圆形或狭缝,背面不带毛刺,其吸声系数和吸声频带宽度有待进一步提高。目前出现一种新工艺加工的微穿孔板,其穿孔为三角形,且背面带有毛刺。带刺三角孔微穿孔板与圆孔微穿孔板不同,不能用原有方法计算其声阻抗。文章采用试验研究的方法测定带刺三角孔微穿孔板的声阻抗,分析其声学特性,为工程应用提供参数依据。通过驻波管试验测量单层和双层带刺三角孔微穿孔板结构的吸声系数,并与圆孔微穿孔板结构进行比较分析。研究结果显示,新工艺加工的带刺三角孔微穿孔板与圆孔微穿孔板相比较,声阻有了较大幅度的提高,声抗基本保持不变;带刺三角孔微穿孔板结构的吸声系数有了显著的提升,吸声频带也得到一定程度的拓宽。

微穿孔板-三聚氰胺吸音海绵-空腔复合结构声学性能优化设计

基于Johnson-Champoux-Allard(JCA)模型和微穿孔板理论,利用传递矩阵法建立了三聚氰胺吸音海绵不同填充方式形成的复合结构的吸声系数理论模型,并比较了其吸声性能:与单层微穿孔板结构a相比,微穿孔板-吸音海绵复合结构b和微穿孔板-吸音海绵-空腔复合结构c的吸声性能均有较大提升,微穿孔板-空腔-吸音海绵复合结构d的提升效果次之。分析了几何参数对复合结构b的吸声性能的影响,得出:微穿孔板的孔径越小,复合结构在中高频段的吸声效果越好;厚度越大,复合结构在高频段的吸声性能越低;穿孔率越大,复合结构在低频段的吸声性能越低;吸音海绵厚度的增加在总体上有利于提高复合结构的吸声效果。基于粒子群算法对复合结构b和c的吸声性能进行了优化,结果表明:与优化前的复合结构b相比,优化后的复合结构c的平均吸声系数从0.565 4提升至0.751 9;与优化后的复合结构b相比,其吸声性能几乎不变,但吸声材料厚度减少了30%,在保持良好吸声性能的同时实现了轻量化。

双层串联微穿孔板吸声体吸声特性研究

单层微穿孔板的吸声频带较窄,采用双层串联微穿孔板结构可进一步拓宽其吸声频带,但由于双层串联微穿孔板结构的吸声曲线中两个波峰之间有很大的下降趋势致使整体吸声系数有所降低,故采用传递函数法建立双层串联微穿孔板吸声体理论模型,分析两层穿孔板的穿孔参数和板后空腔改变时结构整体吸声系数的变化,并通过与COMSOL中所建模型的计算结果相对比进行验证,比选确定合适的结构参数,使其在拓宽吸声频带的同时保持其在吸声频带内的吸声系数均较大,得到较优的吸声效果。

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。

微穿孔板结构特性理论对比分析

传统的声电类比法在单层微穿孔板吸声结构中的计算,得到广泛应用,但由于在双层微穿孔板结构中存在较大误差,于是提出用传递矩阵法对微穿孔板吸声结构进行分析。本文对比分析声电类比法与传递矩阵法在微穿孔板结构模型中的应用,从而有效设计微穿孔板吸声结构参数设计的实验方案。

微穿孔板吸声结构在阶梯教室中的应用

依据马大猷教授的微穿孔板基本理论,进行参数选择并设计了微穿孔吸声反射板结构,用于阶梯教室中,分析了这种微穿孔吸声反射板结构在阶梯教室中的声反射和声吸收的性能。

透明微穿孔吸声板设计与性能实测验证

文章针对航空航天领域的消声降噪需求,基于微穿孔吸声板基础理论,编制了一套快速计算图表,进行透明微穿孔吸声板结构设计,并选用PMMA透光材料和激光打孔工艺来实现。经对正入射吸声系数实测验证表明,快速图表法的计算偏差不超过15%,所设计的吸声板结构、材料和工艺均满足工程要求,可为透明微穿孔吸声板的推广应用提供参考借鉴。