沙漏型声子晶体的中低频隔声减振性能研究

针对机械工业装备上难以解决的低频振动与噪声问题,提出一种小尺寸、轻量化的新型声子晶体结构,研究其隔声减振特性,通过有限元仿真计算该声子晶体无限周期排列时的隔声量、能带结构以及有限周期排列时的振动响应,分析该结构的隔声机理及减振特性,并研究了关键几何参数、散射体材料和声波入射角度对该结构的隔声特性的影响规律,以及板结构减振频带的拓宽方法.结果表明:该声子晶体结构在1 000 Hz以下频率范围内具有优越的隔声减振性能,通过将不同参数的结构进行组合的方法可以拓宽声子晶体板的减振频带,为工程结构的中低频隔声减振及声子晶体的应用提供了新的思路与可行性参考.

基于声学超材料的低频隔声模型设计

由于低频声波波长较长且穿透力强、难以衰减,能很轻易地绕过障碍物,所以排除低频声波的干扰一直是声学研究中的一大问题。为了实现对低频波的有效吸收,解决现代生产生活中普遍存在的噪声污染问题,以声学超材料为基础,利用COMSOL有限元软件研究设计一种二维三分量局部共振型超材料模型,对不同频率、不同厚度和不同形状结构的超材料模型隔声效果展开研究。经仿真实验结果验证,模型能够实现对低频声波的吸收,在20~3000 Hz频率范围内有效降低低频宽频噪声,最大可得到30 dB的声衰减,从而达到良好的低频隔声效果,这项研究对声学的发展有很好的现实价值和发展空间,为民用及军用领域对减振降噪的高需求提供了更多的可能,可在许多不同的应用中发挥作用。

小型测听室低频隔声特性分析

在分析平面介质板的低频隔声特性的基础上,指出在低频段提高小型测听室隔声量的有效方法.

影响住宅低频隔声因素的研究

在考虑墙体共振和房间共振的基础上 ,应用有限元法对住宅的低频隔声问题进行研究 .对比实验表明 ,计算值和实验值相符 .并且 ,声源室与受声室的体积以及两房间是否对称 ,皆对房间的隔声有影响 .

多态反共振协同型薄膜声学超材料低频隔声性能

针对普通声学材料无法有效衰减车内低频噪声的问题,提出一种摆臂式轻质薄膜型声学超材料结构设计形式,通过在子单胞内引入多态反共振模式实现了低频隔声频带的拓宽及隔声量的提高。该超材料以柔性乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)材料作为框架,并将4个金属薄片和1个十字形EVA摆臂贴附在0.2 mm厚的聚酰亚胺(PI)薄膜表面构造成谐振部分。通过对超单胞的声传递损失(STL)、多态反共振模式和负等效参数的分析,揭示了STL带宽的拓宽机理;基于超单胞结构衍生设计了大尺寸的柔性隔声超材料,并将大尺寸超材料样件装配到汽车发动机机罩内进行实车降噪测试,通过“混响室-消声室”隔声实验和实车降噪测试进一步预估了超材料对低频噪声的衰减能力。研究结果表明:子单胞间的多态反共振协同模式能调制超单胞处于连续的动态平衡状态,促使低频入射与反射声波相互抵消,从而改善了隔声带宽和隔声量;所设计的超材料可使车内1 kHz以下的发动机噪声平均衰减达3 dB(A),为低频宽带隔声材料的设计提供了一种新的思路,在控制低频噪声方面具有潜在的工程化应用前景。

非对称双层薄膜型局域共振声子晶体低频隔声性能研究

薄膜型局域共振声子晶体结构简单、既薄又轻,是理想的低频隔声材料。对非对称结构双层薄膜型局域共振声子晶体材料的声学低频隔声性能进行研究,讨论声子晶体非对称结构中质量块分布方式、位置以及数目对声学衰减特性的影响。研究表明非对称结构双层薄膜型声子晶体由于其结构的非对称能够在低频呈现出优异的轻质、宽频隔声特性,且可通过调节质量块在薄膜上的位置、质量块的数量及分布方式对声波隔声的频率位置进行调节。

薄膜声学超材料低频隔声研究

由于质量定律的作用,传统材料对于低频噪声的隔绝非常困难,而声学超材料打破了质量定律的限制,实现了小尺寸控制大波长,能够有效控制低频声波。以薄膜声学超材料为研究对象,分析了薄膜声学超材料低频隔声原理。对固有频率的影响因素如薄膜大小、面内拉伸预应力进行了隔声损失仿真分析,为低频隔声提供了新思路。通过薄膜大小的仿真发现薄膜声学超材料具有明显的尺度效应,实现了宽低频有效隔声。通过隔声实验验证了仿真方法的准确性。

一种薄板声子晶体的低频隔声特性研究

本文系统研究了一种薄板声子晶体的低频隔声特性,薄板声子晶体由单层均质薄板和正方周期的支撑框架构成。首先,通过有限元方法研究薄板声子晶体的隔声特性和声振模态;进一步分析原包周期、薄板厚度等参数对隔声特性的影响规律;研究结果表明薄板声子晶体在低频段(100~400 Hz)具有很好的隔声特性,尤其在设计的共振频率315 Hz,相对于同质量的单层均质板,隔声量提升了约9 dB。其次,利用3D打印技术制作了试验样件并进行隔声性能测试,试验结果与理论计算结果吻合的很好。该研究为轻质隔声材料设计及低频噪声控制提供了很好的技术支撑。

局域共振声子结构在汽车地毯低频隔声中的应用

本文首次将局域共振声子带隙特性应用于汽车地毯的隔声设计中。基于局域共振思想,对地毯EVA隔声层进行微结构设计,使其产生一定的带隙特性,从而提高地毯的低频隔声量。理论计算和试验测试都表明,所设计的具有局域共振微结构的地毯隔声层在400Hz附近的频率范围具有局域共振声子带隙,隔声量比没有微结构的地毯隔声层提高了约5d B,说明该设计方法在低频范围突破了隔声的质量定律,利用更轻量化的材料实现了更好的低频隔声效果,为汽车低频隔声技术和轻量化设计提供了一种新的方法。

薄膜型局域共振声子晶体低频隔声特性研究

针对船舶低频噪声控制问题,基于局域共振隔声理论,采用声学有限元方法,开展薄膜型声子晶体低频隔声特性研究,探究声子晶体构型对其隔声性能的影响,明确声子晶体正方形构型方案,基于明确的构型方案分析腔体厚度、薄膜数量以及薄膜厚度结构参数等对隔声性能的影响。研究表明,薄膜声子晶体隔声峰值频率随配重质量的增加而降低,双侧薄膜声子晶体低频隔声性能优于单侧薄膜方案,增加腔体和薄膜厚度均可提高声子晶体的隔声性能。

主变压器噪声特性分析及复合隔声结构设计

超高压变电站的主变压器的噪声影响已引起广泛关注。以某典型化设计的500kV变电站A的主变压器为例,进行了现场测试,得到其主变压器噪声能量主要集中在中低频范围内,且具备明显的线谱噪声特征。针对该噪声特点,提出了一种内插微穿孔板的双层带孔板型声学超材料的复合隔声结构。使用传递矩阵理论对该复合结构进行了分析,并在阻抗管中进行了实验验证。实验结果表明:该复合隔声结构具备针对性隔声要求,理论与实验传递损失曲线基本吻合。

微薄膜超材料复合隔声结构的低频宽带隔声研究

在治理环境噪声方面低频隔声是一个难以解决的顽疾。随着声学超材料的发展,发现由薄膜微结构周期排列构成的轻质隔声材料具有优异的低频隔声性能。研究这种低频隔声材料与传统隔声材料的组合,通过设计这样一种复合结构实现覆盖低频到中高频的高效宽带隔声。在理论上推导出薄膜微结构的隔声量计算公式及简化公式,同时结合传统均质板的隔声理论,实现对复合隔声结构整体隔声的理论预测。通过对所设计样件的测试验证了理论模型的有效性,结果表明该复合结构具有高效的宽带隔声效果。该研究对低频宽带噪声控制具有较大应用价值。

基于深度学习的低频宽带隔声器件设计

在实际应用中,通常需要将多个声人工结构单元进行组合来实现低频宽带的隔声降噪。这种组合结构往往参数较多,传统的设计方法很难对其进行高效的自动化设计。该文在集总参数模型的基础上,提出了一种基于深度学习的低频宽带隔声器件设计方法,并基于该方法完成了由9个二阶亥姆霍兹共鸣器单元组合而成的低频宽带隔声装置的设计。仿真结果表明,该隔声装置在158522 Hz范围内均具有良好的隔声效果,从而验证了所提出方法的有效性。与传统方法相比,该文所提出的设计方法不仅减少了对设计者专业知识和设计经验的依赖,而且具有更高的设计效率、更强的通用性,未来有望进一步推广至其他声人工结构的设计领域。

一种基于二维Helmholtz腔阵列的低频宽带隔声结构实验研究

基于圆周排列的Helmholtz共振腔单元,设计并实现了一种具有低频宽禁带的声人工结构,可以在结构中心处实现二维隔声效果.针对实际模型,搭建了二维声场测量平台,进行了相应的实验研究,实验结果与有限元仿真结果符合较好.该结构在较宽的频带内(680—1050 Hz)可以实现较好的隔声效果,最大隔声量可达41 d B.实验中还研究了单元参数及共振状态对隔声效果的影响.隔声区的大小与共振单元的分布形式有直接关系,而良好的共振状态将对提高隔声量有一定帮助.研究结果对设计新型声防护结构具有理论与应用价值.

隔声室的低频特性及实例验证

在分析隔板的低频隔声特性的基础上,本文通过两实例的分析比较,指出低频隔声遵从劲度定律,以及提高隔板劲度的有效方法.同时,还对影响隔声室低频隔声量的其它因素作了一些讨论.

两边支撑声学超材料板的低频宽带隔声性能研究

以电力变压器低频隔声为应用背景,提出了一种结构简单轻质的局域共振声学超材料板,它由在两边支撑框架上紧密粘贴高分子聚合物薄板制成,相比四边支撑超材料板,其具有更加优越的低频隔声能力。在声波垂直入射条件下,采用有限元仿真对其隔声特性进行研究,结果表明在248 Hz处出现了一个明显的隔声峰,隔声量达到了31 dB。为拓宽低频隔声频带,在超材料板上布置质量块,仿真结果表明在152~560 Hz范围内出现了三个密集的隔声峰,最高隔声量达26 dB,从而一定程度上实现宽频隔声效果;同时在120 Hz处出现了一个隔声量为18 dB的隔声峰。最后搭建了基于小型箱体的隔声实验平台,可以发现实验测试结果与仿真结果具有较好的一致性,从而验证了轻质声学超材料板良好的低频宽带隔声性能,说明了两边支撑声学超材料板具有广阔的工程化应用前景。

高速动车组蜂窝复合板隔声特性试验研究

为提高高速动车组蜂窝复合板特定频段隔声性能,试制了不同结构参数蜂窝复合板,采用混响室/混响室法进行隔声测试,探索蜂窝复合板隔声影响规律。研究结果表明:(1)通过增加面板厚度、材料密度、阻尼特性及提高蜂窝芯层高度均可提高其隔声性能,其中增加蜂窝芯层高度能效比最高,质量增加5%可实现隔声量提升3 dB;(2)通过增加蜂窝层高度、面板厚度,提升整体刚度,可显著改善刚度控制区低频隔声性能;(3)通过更改面板材质、增加阻尼层,提高面板阻尼特性,可显著改善阻尼控制区隔声低谷区域隔声性能。

穿孔板-膜腔复合型隔声罩隔声特性研究

针对低频隔声问题,本文提出一种穿孔板-膜腔复合型隔声结构。基于有限元法建立了隔声结构单胞模型,开展了单胞模型声学特性分析及构型优化;在此基础上,建立大尺寸穿孔板-膜腔复合型隔声板数值仿真模型,探究其隔声性能及框架对隔声性能的影响规律,结合仿真结果开展多层薄膜型隔声板隔声性能研究;建立穿孔板-膜腔复合型隔声罩仿真分析模型,分析多层薄膜型隔声罩的隔声性能,设计附加吸声材料的多层薄膜型隔声罩;研制隔声罩样件,实验证明该样件具备较好的低频隔声性能。

低频心理降噪的主观听音实验

扩声系统的低频声扰民严重,且隔声困难。利用“基音缺失”现象,选取某低频的倍频移频信号处理方法,在一定的声学环境下,通过实验详细研究影响低频声对主观听音的贡献情况。得到了主观低频差异评价的具体值,为扩声系统的低频隔声处理提供新思路。

基于变密度法的水声隔声超材料拓扑逆向设计

低声阻抗超材料在水下环境中可以被视为声学软边界,并且在水声隔声方面具有重要应用前景.然而,设计出能够有效阻隔低频水声声波(<1000 Hz)的低声阻抗超材料仍然面临挑战.本文基于变密度法,对具有90°旋转对称性的低声阻抗超材料开展拓扑逆向设计,得到了一类具有中心四边形框架附着变截面韧带拓扑特征的声学超材料,其声阻抗只有水的1/40~1/30.有限元仿真揭示了超材料在薄厚度约束下(41 mm)能够在200~1000 Hz低频宽带范围内实现高效的水声隔声,平均隔声量大于19 dB.进一步等效参数分析发现,通过改变超材料方位角,能够产生纵波速度远小于横波速度的新颖物理现象.慢纵波速度使得超材料获得更低的等效声阻抗,从而进一步实现低频宽带水声隔声性能.本文的工作有望为低频宽带水声隔声超材料设计提供一种新的思路.