基于人工神经网络的共振吸声超材料声学性能快速预测及结构优化设计

针对共振吸声超材料声学性能快速预测及结构优化设计需求,提出了一种基于人工神经网络的共振吸声超材料性能预测方法.首先,建立了由微穿孔板和Helmholtz共振腔组成的多层穿孔型共振吸声超材料的理论模型,并通过仿真与实验验证其正确性;随后,通过理论模型生成数据集,并以此为基础,采用BP(back propagation)神经网络原理,搭建了结构特征参量与声学性能的人工神经网络模型;之后,将训练后的人工神经网络模型与遗传算法相结合,对共振吸声超材料进行声学性能最优化设计.结果表明:训练后的人工神经网络模型可以对目标结构的吸声性能进行准确预测,并且预测效率相较理论模型提高50%以上;人工神经网络模型与优化算法的结合不仅能提高优化效率,优化后的结构也具有良好的低频宽带吸声性能.人工神经网络为大规模结构性能预测计算提供了便利,在超材料等结构设计及优化领域具有广阔的应用前景.

列车风道“号角形”共振结构的低频吸声特性

列车空调噪声测试结果显示,空调噪声能量主要集中在中心频率为100~500 Hz的1/3倍频程频带内,且在125 Hz频带处存在显著峰值。首先,根据空调风道低频噪声的显著频段和空调风道尺寸大小,提出了一种“号角形”共振吸声结构;其次,为了验证仿真计算的准确性,用3D打印制作了实验样件,通过仿真结果与实验结果的对比,证明将“号角形”管嵌入到共振腔内可以实现共振吸声结构的低频吸声,实验的吸声系数曲线变化趋势与仿真一致;最后,利用数值有限元方法对不同的曲面管半径R、曲面管尾部半径r1和曲面管尾部直管L进行了仿真计算,通过改变R,r1和L可实现对结构吸声频带的调节,且可调谐振频率范围在70~170 Hz之间。结果证明:相比于单变量共振吸声结构,“号角形”共振吸声结构通过改变R,r 1和L的多变量参数,其吸声性能和吸收频带都获得了很大提升,并且可用于对列车空调低频噪声的吸收。

扩散反射型与吸声共振型公路声屏障

治理高速公路带来的噪声污染早已引起发达国家的重视，并有相应的技术措施。近些年来，我国高等级公路的里程增长较快，对噪声污染的治理已经被提到议事日程上来。修建声屏障是治理噪声污染的有效措施，应用较多的声屏障有扩散反射型和吸声共振型两种。两种类型的声屏障各有其不同的优点和不足之处。进行声屏障设计时应依据具体条件，在保证降低噪声这一主要功能的前提下，应适当顾及声屏障结构设计的诸多方面。两种类型的声屏障相比较，吸声共振型的发展前景更好些。

微穿孔共振吸声结构中吸声材料的作用

详细分析了不同厚度和放置方式的吸声材料对空腔声阻抗和穿孔辐射声阻抗的影响,从而建立起微穿孔-吸声复合结构的理论分析模型,以用于预测和优化结构的吸声性能。并针对常用的几种微穿孔-吸声复合结构,通过理论分析和阻抗管实验探讨了其声学性能的不同。分析结果表明,理论计算和实验结果吻合很好,证明了模型的可用性。考虑到结构的声学性能和经济性,建议采用中部放置吸声材料的复合结构。

微穿孔板共振吸声结构在飞机喷流噪音控制上的应用研究

分析了飞机的喷流噪声产生机理,讨论了喷流噪声的控制技术。并将穿孔板共振吸声结构降噪技术应用到飞机的推进系统中,用以降低喷流噪声,并对其实际降噪效果进行了比较分析。

切向流对微穿孔共振吸声结构声学性能的影响

切向流对微穿孔共振吸声结构声学性能的影响可以分成三类:(1)对小孔辐射声抗的影响;(2)对结构斜入射吸声性能的影响;(3)对消声通道消声性能的影响。根据声学基本理论,详细讨论这些影响,得到对应的理论分析公式。定性而言,若声波的传播方向与气流的运动方向一致,小孔外侧的辐射声抗、空腔声阻抗函数coth(ξ)的宗量ξ赋值和消声通道的消声系数都会减小;同时呈现多普勒效应,使得结构的吸声系数共振峰频率向低频移动。理论分析得到相应实验研究的支持。

共振吸声结构在汽车降噪中的应用

通过理论推导分别得出薄板共振吸声结构与穿孔板共振吸声结构的共振频率,结合实验来确定胶合 板共振吸声结构的吸声性能,为其在汽车上的合理应用提供一定的科学依据。

高速公路共振腔吸声砖声屏障降噪效果

为解决交通噪声对高速公路两侧村庄声环境影响问题，根据已建成公路交通噪声监测结果，给出高速公路交通噪声预测模型，对两侧声环境敏感点的交通噪声级进行计算，提出公路两侧分布村庄段采用双侧共振腔吸声砖吸声型声屏障降噪方法。声屏障工程实例及降噪监测结果表明，共振腔吸声砖声屏障降噪量达13～16dB，具有构造简单，施工方便，造价低等特点，环境效益和经济效益比较显著。

利用共振吸声器改善飞机壁板的隔声量

本文根据共振吸声器的吸声原理,设计了适合于螺旋浆推进的飞机舱壁板之间安装的小体积、低频共振吸声器。对单个共振吸声器的吸声系数进行了测量,理论和实验结果的一致性是令人满意的。在飞机壁板间安装了共振频率为85Hz和160Hz的混合共振器阵,使包含该频率的1/3频程内的隔声量分别提高了4dB和6.5dB,共振频率处的隔声量分别提高了5dB和7dB。

附加共振吸声器的飞机壁板隔声理论及实验研究

本文在小体积低频共振吸声器研究理论的基础上,研究了用附加共振器改善飞机壁板低频传声损失(隔声量)的方法。建立了计算双壁板结构隔声量的数学模型,推导了附加共振吸声器后壁板传声损失的计算公式,阐明了共振吸声器对提高壁板隔声量的物理原理。实验测量了实际(Y—7)飞机壁板的隔声量,在80Hz 和160Hz 的1/3倍频程中心频率上,壁板加共振器后,隔声量提高了4dB 和6.5dB,理论计算结果与实验结果一致性很好。

管束穿孔板的管腔耦合共振吸声机理研究

为了揭示管束穿孔板共振吸声结构的吸声机理,利用热黏性条件下基于有限元算法的管束穿孔板仿真模型,研究了平面声波正入射条件下,管束穿孔板内部声场分布特征,并利用阻抗管对吸声系数的理论仿真结果进行了试验验证.结果表明,管束穿孔板在低频主要靠腔体共振吸声,在高频主要靠管共振吸声,管束穿孔板整体呈现出较为明显的管腔耦合共振吸声特征。管束穿孔板共振时管中声强和质点法向振速较大,高频次吸声峰频点处管中和腔中均有驻波形成,频率越高驻波数量越多.管束穿孔板的耦合共振受到管长、腔深、穿孔率和管内径等参数变化的影响,管长对高频耦合共振的影响最大,管长增大使高频主吸声峰频点移向低频,并使相邻主吸声峰之间的间距减小.

内嵌式多自由度共振吸声结构研究

内嵌式多自由度共振吸声结构是一种基于蜂窝的宽频吸声结构,是未来航空发动机新型消声短舱的主要结构形式,具有吸声频带宽、具有多个共振吸收峰、整体力学性能高等特点,而且可以灵活的调整内嵌隔层的位置来适应发动机的具体噪声频率。该共振吸声结构已成功应用于A380及B787等一系列飞机的发动机声衬中,取得了良好的降噪效果。随着国产大飞机及国产商用发动机研究的不断推进,研制具有自主知识产权的新型吸声降噪结构已迫在眉睫。本文根据近年来的工作进展,简要阐述了内嵌式多自由度吸声降噪蜂窝以及吸声降噪结构的形式、具体的制备工艺以及影响吸声效果的结构参数。根据赫姆霍兹共振器原理及马大猷的微穿孔板理论,优化出了3个系列的双自由度和三自由度共振吸声结构,分别对其进行了吸声系数的测试,并与理论计算结果进行了对比。实验结果表明:理论计算和实际测试结果吻合度较高,所设计的三组实验均表现出了明显的多峰吸声特征,尤其是三自由度吸声结构表现出了优异的吸声效果,最高吸声系数达到0.99,在500Hz-6400Hz的范围内,平均吸声系数达到了0.87。

共振吸声结构在航空发动机上的应用进展

共振吸声结构是由穿孔面板、蜂窝及刚性背板形成的三明治夹层结构,该结构广泛应用于发动机消声短舱内,取得了良好的降噪效果。随着声学理论及制造工艺的不断进步,共振吸声结构从最初的单自由度逐步发展为多自由度甚至内嵌多自由度阶段,吸声效果也取得了较大进步。详细阐述共振吸声结构的吸声原理,并在此基础上介绍国内外发动机消声短舱的发展历程。指出发动机消声短舱的两个发展趋势及在进行短舱声衬结构的精细化设计时要考虑的细节问题,例如背景剪切流动、入射声压级、制造误差等。

陶粒共振吸声砖的研制

国产的吸声材料和制品,均属多孔性材料,其吸声特性以中、高频为主,低频的声吸收都很小。而用增加材料厚度、密度等措施提高低频的吸声性能是很不经济的,同时,所获的效果也极为有限。但在工程实践中,无论是控制噪声和厅堂内的混响时间,都迫切需要低频吸声结构。特别是具有防火、耐潮、价廉和便于施工的高效低频吸声结构。对此,进行了实验研究,利用陶粒、水泥为骨料,根据共振吸声原理,试制了陶粒共振吸声砖、经声学测定和使用表明,获得了成效。本文作概要介绍。

连续型和非连续型蜂窝芯材的共振吸声结构性能研究

以芳纶纸蜂窝、内嵌树脂隔板和微穿孔面板为原料,制备了连续和非连续双自由度共振吸声结构,对两种共振吸声结构的力学性能和吸声系数进行对比研究。结果表明:连续蜂窝芯材所制备共振吸声结构的压缩和拉伸性能高于非连续型共振吸声结构,其中非稳定型压缩强度和拉伸强度高19%,稳定型压缩强度高32%,稳定型压缩模量高43%,剪切性能基本相当;两层蜂窝芯材容易出现孔格错位(非连续型共振吸声结构),引起错位区域的微孔堵塞,使该结构的共振吸收峰与理论值出现较大差异。

共振吸声体降噪研究与应用

共振吸声体是利用入射声波的频率与自身系统的固有频率一致时,驱动共振吸声体板材在声场中变形共振,从而部分声能转化为热能,引起声能的衰减,达到吸声降噪的目的。这种吸声体在接近共振频率时吸声效果最好。文章首先介绍了共振吸声体的结构及吸声原理,接着对设计出的几种共振吸声体进行了吸声系数的测试;最后将共振吸声体应用到某冰箱的风道噪声实验中,使风道噪声大大降低,从而说明了共振吸声体的降噪功能和效果。

在共振吸声器上垂直入射的平面波反射特性的分析:有限元法

共振吸声器作为消声覆盖层,被广泛地应用于水下。本文在Galerkin技术基础上,用有限元法分析垂直入射平面波穿透共振吸声器时的反射特性。用波导理论,连同流体中的阻抗匹配条件模拟该问题。本文说明吸声器周围的流体介质可以被模拟成一种具有等效拉梅常数的弹性介质。利用在周期单元中四分之一对称条件。把有限元法得出的结果和分析法得出的结果,以及与其它文献上发表的结果进行比较。该方法表明,如果透射系数或反射系数仅为通常条件,就可避免与流体区域搅合在一起。最后,本文提供了一些薄型水封共振吸声器的设计曲线。

新结构共振吸声体研制

常规的矿井主扇通风消声工程均采用多孔或纤维性材料作为吸声材料,它们虽具有良好的中、高频吸声性能,但对低频的吸收效果差,需要较大的材料厚度和容重。此外,其耐湿、抗尘等性能也不够满意。本文介绍一种新型吸声材料,其功能基于共振吸声原理。试验和使用表明,它可以较有效地吸收通风噪声中的低、中频成份,而且适于在严苛的环境条件下长期使用。

新型多功能共振吸声砖问世

一种新型多功能共振吸声砖,日前通过了市级鉴定,填补了我国建筑材料领域的一项空白。 新型多功能共振吸声砖用途广泛,具有良好的低频吸声性能和较高的隔声性能。由于采用炉渣等工业废弃物为主要原料,因而价格较传统吸声砖大大降低。

新型吸声材料及吸声模型研究进展

首先简要介绍了吸声材料的分类及其原理并总结归纳了部分传统吸声材料,发现其虽然有较好的吸声效果,但仍存在以下问题:(1)容易产生二次污染;(2)使用寿命短;(3)应用范围受到限制;(4)部分材料造价成本过高等。针对传统吸声材料存在的弊端,探讨了以泡沫铝及其复合结构、纤维复合吸声材料、颗粒复合吸声材料、多孔-共振结构、高分子吸声材料为代表的新型吸声材料的特点及发展现状。分析了以圆管理论为基础的多孔材料的吸声模型。从原料,价格,性能等方面综合考量,新型吸声材料比传统吸声材料更具有优势,因此材料来源更加广泛、价格更加低廉、更加环保是未来吸声材料的发展趋势。