不同加筋双层板结构隔声特性的理论、仿真及试验研究

针对双层板结构隔声性能的分析,很少有对比不同加筋双层板和空腔双层板隔声性能差别的。首先分析了夹层为空腔的双层板隔声特性。通过理论、仿真和试验相结合的方法确定选用仿真分析方法的准确性,然后对夹层分别为波纹加筋板和正交加筋板的双层板结构进行隔声特性的分析。对波纹加筋双层板分析时,对比了"全耦合模型"、"声透明模型"和"无内部声腔模型"三种模型隔声曲线的区别。结果表明,三种模型计算的隔声曲线吻合很好;因而可以用"无内部声腔模型"计算。通过对比空腔、波纹加筋和正交加筋双层板的隔声曲线,发现内部加筋对双层板的隔声性能有很大的影响;因而研究了声桥对双层板隔声的影响。结果表明,声桥刚度越大,在频率低时,能抑制两板的共振,增加隔声量;而在频率高时,反而会降低板结构的隔声量。     

火箭整流罩内降噪装置低频声学性能仿真

针对运载火箭整流罩内降噪装置所具有的特殊曲线颈部Helmholtz共鸣器,基于仿真方法研究降噪装置的低频声学性能.应用虚拟阻抗管法分析了Helmholtz共鸣器共振频率及吸声系数与其壁面厚度的变化关系.研究了降噪装置不同安装位置对圆柱空腔内平均声压级的影响.仿真结果表明,随着壁面厚度增加,Helmholtz共鸣器共振频率逐渐趋于刚性壁面的值,但吸声系数先增大后减小.降噪装置不同的安装位置可使空腔内平均声压级相差10 dB以上,在工程应用中需将其放置于空腔模态振幅较大的位置.      

夹芯厚度与真空度对蜂窝夹层隔声特性的影响

研究了蜂窝夹层结构在不同夹芯厚度和空腔真空度下的隔声特性.就平面声波垂直入射的情况,对蜂窝夹层结构的隔声特性进行了理论分析,并采用有限元软件,对不同夹芯厚度与空腔真空度下的结构隔声特性进行了数值模拟.结果表明:提高蜂窝夹层结构中夹芯厚度与空腔真空度,能够有效改善蜂窝夹层结构在不同频段内的隔声性能,尤其体现在中高频段.在蜂窝夹层用于隔声结构设计与使用过程中,针对不同的噪声频谱需求,采用有限元计算的方法选择蜂窝夹层结构的夹芯厚度与空腔真空度,可以达到所需的隔声要求.研究结果对轻薄隔声结构的设计具有一定的指导意义.     

不同参数下封闭矩形声腔的结构-声耦合特性分析

基于模态耦合分析法建立了板-声腔耦合系统的自由振动模型,分析了声腔深度对耦合系统共振频率、模态衰减时间的影响,并详细研究了声腔深度变化时,板模态和声腔模态耦合过程中的能量传递、系统共振频率和模态衰减时间的改变.分析表明,声腔深度改变时,影响声腔模态与板模态传递因子大小的因素有声腔深度和对应的耦合前共振频率差.在声腔模态与板模态出现强耦合的声腔深度附近,对应腔控模态和板控模态的共振频率出现跃变现象,而在耦合最强的声腔深度处耦合系统模态衰减时间趋于相等,声腔声场和板振动之间的能量传递最大.     

对多孔材料夹层板的隔声性能进行试验及仿真分析

为了提高夹层板的隔声性能,对多孔材料夹层板的隔声性能进行仿真分析。首先对空腔双层板的隔声性能进行研究,利用有限元软件COMSOL进行仿真计算得到空腔双层板的隔声曲线,并通过阻抗管的试验数据来验证仿真结果的准确性,在此基础上研究空腔填满多孔材料的双层板的隔声性能。通过等效流体模型来模拟多孔吸声材料,研究入射角度、多孔材料流阻、多孔材料分布位置等因素对夹层板结构的隔声性能的影响。结果表明:填充多孔材料的夹层板的隔声性能在中高频段得到明显的提高,随着多孔材料流阻增加,夹层板的隔声效果得到加强。     

不同加筋双层板结构隔声特性研究

针对双层板结构隔声性能的分析,很少有对比不同加筋双层板和空腔双层板隔声性能差别的。本文首先分析了夹层为空腔的双层板隔声特性,通过理论、仿真和试验相结合的方法确定选用仿真分析方法的准确性,然后对夹层分别为波纹加筋板和正交加筋板的双层板结构进行隔声特性的分析。对波纹加筋双层板分析时,对比了“全耦合模型”、“声透明模型”和“无内部声腔模型”三种模型隔声曲线的区别。结果表明,三种模型计算的隔声曲线吻合很好,因而可以用“无内部声腔模型”计算。通过对比空腔、波纹加筋和正交加筋双层板的隔声曲线,发现内部加筋对双层板的隔声性能有很大的影响,因而研究了声桥对双层板隔声的影响。结果表明,声桥刚度越大,在频率低时,能抑制两板的共振,增加隔声量,而在频率高时,反而会降低板结构的隔声量。     

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。     

对边简支加筋三明治板隔声性能研究

针对加筋三明治板声学特性的研究主要集中于无限大结构、很少考虑边界条件影响的问题,结合脉冲函数的使用,提出了对边简支、层芯为平行筋板的三明治板的动态响应力学模型,利用模态函数法推导了结构的传声损失计算公式.将理论和模拟结果进行了对比,二者吻合较好,验证了模型的有效性.所提出的计算方法相对于有限元数值方法具有更高的计算效率,能在较宽的频段范围内给出精确的结果,且便于分析结构传声的物理机制和结构参数对传声性能的影响.研究结果表明:简支边界在隔声曲线上引入了结构的共振隔声波谷;加筋三明治板结构中同样存在明显的吻合共振效应;随着入射声波频率的提高,筋板惯性效应的影响越发明显.     

异型回热器热声热机结构动力学分析

利用商业软件ANSYS从结构动力学角度模拟分析了回热器结构的改变对热声热机的影响.在之前研究的基础上,改造了普通板叠回热器的结构,建立针束、肋片板、微坑板异形回热器模型,对包含各回热器的热声整机模型进行了结构动力学分析.分析得出,普通板叠回热器热声热机在150Hz附近谐振,而异型板叠回热器热机由于结构的改变,共振频率发生变化,在高阶模态应变到达峰值,说明了回热器的结构优化是提高热声热机性能的有效手段.     

简支正交异性夹层桥面板稳定性能分析

采用实验和数值计算方法,研究了简支正交异性钢板-聚氨酯夹层桥面板的稳定性能.通过弹性稳定计算研究了该种桥面板几种参数变化对前4阶屈曲模态的影响,以及考虑材料及几何非线性稳定计算对临界荷载的影响.结果表明:夹层桥面板处于受压状态时,车轮作用对顶、底面钢板应力的影响程度会有较大差别;芯层厚度、纵向加劲肋间距、钢面板厚度3个参数中,前两个参数对桥面板的稳定性能影响较大;设计时建议先设定合理的夹层板厚度,再通过试算选择纵向加劲肋间距,工作量会较少.     

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。     

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。     

多层板的隔声特性研究

应用转移矩阵的方法，就平面声波垂直入射的情况，对具有周期结构的无限大多层板的隔声特性进行了理论分析，并对结构不同的多层板的隔声特性进行了数值模拟．理论分析和数值模拟表明：与通常隔声用的单层或双层板相比，在保持面密度不变的条件下，采用多层板结构能够在某些频段使隔声性能有明显改善，尤其体现在中高频段，但低频隔声效果稍有减弱．另外，适当调节多层板的厚度和板间的距离，可以实现对不同频段的隔声效果有所侧重．采用分区域等厚度的多层板，即采用厚、薄板相结合的复合结构，可以兼顾低频隔声性能，同时提高多层板的中高频隔声效果．在隔声结构的总体面密度和板的空间分布保持不变的情况下，换用同类的不同隔声材料对隔声特性没有明显改变，但可以适当改变隔声结构的强度．在隔声结构的设计过程中，针对不同的噪声频谱，可以采用中介绍的方法来构造相应的多层板结构，达到特定的隔声要求．研究结果对轻薄隔声结构的设计具有一定指导意义．     

机械阻抗与微穿孔板组合结构吸声特性的研究

机械阻抗板(MIP)与微穿孔板(MPP)结合形成微穿孔板组合结构,提高了传统微穿孔板的低频吸声性能,为了获得更好的吸声效果,研究机械阻抗对组合结构吸声的影响。计算找出影响机械阻抗板吸声性能的主要因素,得到机械阻抗板的面积和质量对吸声特性的影响规律:在阻抗板材质厚度及粘弹性材料不变的情况下,增加阻抗板面积,吸声带宽变窄,共振频率向低频移动;在阻抗板材质面积及粘弹性材料不变的情况下,减小阻抗板质量,吸声带宽增加,共振频率向高频移动。在工程实际应用中要保证吸收特定频率的噪声,当阻抗板直径从100 mm增加到200 mm的时候,板厚需要从1 mm减小到0.5 mm,板的固有频率从320 Hz回到380 Hz;当阻抗板直径增加到400 mm,而板厚不能减小的情况下,需要通过提高粘弹性材料的弹性来达到应用效果。     

板式无砟轨道钢轨共振特性影响参数敏感性分析

为研究无砟轨道钢轨pinned-pinned共振影响因素,基于周期性支撑梁结构振动计算理论,建立板式无砟轨道振动实体有限元模型,采用单参数敏感性分析方法,分析了无砟轨道结构参数对钢轨pinned-pinned共振特性的影响,并计算了各参数的敏感度系数.研究结果表明:扣件间距的改变会引起钢轨pinned-pinned共振特性的明显改变,属于敏感参数.钢轨类型对钢轨pinned-pinned共振频率的敏感度系数相对较小,但仍在较敏感范围内.扣件刚度、阻尼及轨道板弹性模量对钢轨pinned-pinned共振频率几乎没有影响,属于不敏感参数.在钢轨表面附加约束阻尼结构会降低钢轨共振振幅,但几乎不改变钢轨的共振频率.受扣件间距的影响,无砟轨道钢轨pinned-pinned共振频率低于有砟轨道钢轨.     

多孔材料声学参数辨识及其在城轨列车顶板隔声中的应用

针对城轨列车隧道运行车内噪声显著问题,对车体隔声薄弱的双层中空顶板结构,提出添加多孔材料的降噪结构优化。考虑到多孔材料声学参数直接测量存在困难,提出采用驻波管测试其吸声特性,然后基于声学参数辨识来确定的方法。基于传递矩阵法建立了轻量化城轨列车顶板结构隔声特性预测分析模型,计算分析3种典型多孔材料在顶板结构应用的隔声性能提高效果,调查了多孔材料厚度和安装位置对城轨列车顶板隔声性能的影响。研究结果表明:未作多孔材料降噪处理的顶板结构在315 Hz处存在显著的隔声低谷,通过多孔材料的添加应用,可有效提高该低谷隔声量和顶板整体隔声性能;多孔材料厚度越大降噪效果越好,但其随厚度并非线性变化,考虑到经济成本,采用16.5 mm效果最佳;多孔材料安装方案的影响不明显,建议将多孔材料放置在靠近铝板的任意一侧安装;相关结果可为典型的轻量化城轨列车降噪提供科学参考。     

聚氨酯静电纺纳米纤维膜的吸声性能

为研究静电纺纳米纤维膜的吸声性能,以聚氨酯(PU)为原料制备静电纺纳米纤维膜,分析了纳米纤维膜基本参数及吸声性能,并与PU多孔膜和PU流延膜进行了对比.结果表明:在相同面密度和空腔条件下,孔径较小且分布均匀的PU纳米纤维膜的最大吸声系数略小于PU多孔膜,但显著大于PU流延膜;PU纳米纤维膜的共振频率和最大吸声系数的实际测试值与一般多孔膜共振材料的理论计算值相符,因此PU纳米纤维膜中纤维的振动等作用对其共振频率和最大吸声系数无影响或影响很小.另外,在PU纳米纤维膜后添加非织造材料能使其最大吸声系数显著提高,并使共振频率向低频方向移动.     

橡胶层与空腔的结构-声耦合解析模型和隔声优化

针对橡胶薄层与空腔的声学耦合,提出一种结构?声耦合解析模型,并基于该模型对密封条的材料与几何参数进行优化。通过加入余弦辅助函数,得到空腔的声学模态振型函数。利用瑞利?里兹法,建立简支双薄层结构振动与空腔声学耦合的解析模型。利用该模型分别计算单点激励的均方响应和扩散声场激励的隔声。通过与阻抗?迁移率方法和混合有限元?统计能量分析（FE?SEA）方法的计算结果对比,验证了该解析模型的准确性。结果表明：与FE?SEA方法相比,该解析模型具有较高的计算效率;利用该解析模型和粒子群算法优化材料与几何参数,使得隔声提高10 dB以上;优化的密封条趋向于扁而宽的截面。     

利用双层墙构造减弱吻合效应影响的方法

双层墙以其良好的隔声效果被广泛应用于各类建筑围护结构,但这种构造存在由于吻合效应叠加而降低墙体在某些频率范围隔声性能的现象.为了避免这种吻合效应叠加现象,文中应用统计能量分析(简称SEA)理论对具体双层墙构造的隔声规律进行预测与分析,由此提出减弱此类墙体结构吻合效应的构造方法,即通过改变双层墙的材料层次序、密度和厚度来减弱吻合效应对隔声的影响.研究结果表明:利用向声源薄板的双层墙构造能够有效地减弱吻合效应叠加对隔声性能的影响;采用不同密度和厚度轻质墙体的双层墙可大幅度降低甚至消除低频和高频吻合效应.     

无阻尼高速列车板结构声辐射特性研究

基于有限元方法结合声学分析软件Virtual.Lab Acoustic建立高速列车铝型材外地板加筋板结构分析模型,完成了外地板结构模态振动特性和板结构声辐射特性分析。重点研究无阻尼条件下边界条件、面板厚度和激励位置对外地板结构模态振动特性和声辐射特性的影响。研究结果表明:板结构加筋后其刚性显著增强;外地板结构边界条件变化对板结构振动声辐射特性影响较小,后续计算采取两端面简支约束;面板厚度增加,刚性增强,使结构截止频率向高频移动,使得外地板结构声辐射能力减弱;激励位置远离板结构中心时,也能够有效减弱外地板结构声辐射能力,可考虑实行区域化划分安装。