声学超结构低频宽带协同耦合高效吸声机理

针对传统材料难以有效控制低频噪声的问题,提出了一种膜类带腔声学超结构的低频宽带协同耦合高效吸声机理。这种超结构有多个吸声单元,每个吸声单元由两个铝片组成,铝片固定在空气腔上方的硅胶薄膜上。首先利用有限元软件COMSOL Multiphysics 5.3计算单元胞的吸声特性,确定吸声结构的尺寸和材料参数;然后通过两元胞结构分析振动模态和吸声机理,解决吸声结构窄带的问题,再分析典型结构参数对协同耦合机理和吸声特性的具体影响规律;最后通过多单元的协同耦合,实现整个频率范围内的宽带吸声。仿真结果表明:通过设计多个单元的协同耦合,可以将不同单元之间的吸声峰值相互错开,使结构的吸声系数在整个低频范围内均匀分布,实现200～1 000 Hz范围内连续的吸声宽带,平均吸声系数为80%左右,实现低频大宽带的优异吸声性能。该研究结果可为低频宽带吸声材料的设计提供一种新的思路,在控制振动和噪声方面具有潜在的应用前景。     

微穿孔黏性超表面的低频宽带吸声机理

针对传统材料难以有效吸收低频噪声且带宽较窄的问题,提出了一种微穿孔黏性超表面的低频宽带吸声机理,并设计了多元胞超表面结构,其中每个元胞由微穿孔板和折叠背腔组成。首先利用有限元仿真和理论公式计算单个元胞的吸声性能,并与传统亥姆霍兹共振器结构进行对比,发现该结构具有优异的高阶峰值,而且峰值带宽增加约1倍,基于此提出了实现低频和宽带的机理;然后分析了典型结构参数对吸声特性的影响规律,如吸声面积比、小孔直径及背腔深度等;最终通过多单元峰值间严格耦合,设计了由8个元胞组成的宽带吸声超表面。结果表明:吸声超表面厚度仅为6 cm,在频段550～2 500 Hz范围内实现连续优异的吸声带宽,平均吸声系数高达90%以上。该结构具有厚度薄、频带宽且强度好等特点,在消声室、工厂和航空等场合具有广泛的应用前景。     

低频大宽带声学超结构的多阶共振高效吸声机理

针对传统吸声材料效率低、频带窄的不足,设计了一种多阶共振超表面。多阶共振超表面通过在共振腔内部插入一个或多个带有小孔的分隔板来构造,使其保持原吸声峰和结构尺寸不变情况下,在较宽频带内获得多个近乎完美的吸声峰,明显增加了吸声频带宽度。通过吸声系数和相对声阻抗率对迷宫二阶共振超表面的高效吸声特性进行分析,并研究了孔径变化对二阶共振超表面吸声特性的影响规律;采用声电类比法推导出多阶共振超表面的等效声阻抗,并将二阶共振超表面等效成二自由度质量弹簧系统,通过系统固有频率和固有振型分量对多阶共振吸声机理进行深入分析。考虑到亥姆霍兹共振腔内空气的热黏性,在对多阶共振超表面的理论计算进行推导时,引入了等效密度和可压缩性的理论。通过对多单元耦合参数的精确平衡,设计了9个单元组成的低频宽带亚波长超表面吸收器,该超表面厚度为8cm,在310～1 560Hz的频带范围内具有连续优异的吸声特性,平均吸声系数高达90%以上。这项研究可为实现低频大宽带吸收提供一个新的思路,并在工程降噪中有潜在的应用前景。     

变截面消声管道耦合Helmholtz腔结构的声学性能

基于局域共振理论与管道消声理论,设计了一种变截面消声管道耦合Helmholtz谐振腔的声学超材料结构,并运用COMSOL软件进行仿真研究.在此基础上,探讨了变截面声学超材料结构的几何参数对吸声系数峰值的影响,运用声学试验测试了该声学超材料结构的声学性能.结果表明：该变截面声学超材料结构在低频范围(200～600 Hz)内可实现良好的吸声效果;通过改变管道小孔的截面半径,可以实现声学超材料结构固有频率的定向调节;与普通Helmholtz腔相比,该声学超材料结构的吸声系数峰可在一定低频范围内移动,提高了结构在低频范围内的吸声效果,拓宽了吸声系数峰值对应频率的范围;声学超材料结构的几何参数得到了优化,具有良好的吸声效果.     

阶梯型微缝超表面低频宽带吸声特性

针对目前低频宽带吸声及通风吸声效果较差的问题,提出了两种嵌套型阶梯微缝超表面。设计了阶梯型微缝吸声单元,获得了较传统微缝吸声体更优的低频吸声效果;将通风孔引入到阶梯型微缝单元中构建了通风型吸声单元,在保证吸声性能的同时拥有了新的通风效果;提出了一种嵌套式并联方式,不仅能有效扩展吸声带宽,还能克服传统并联方式表面积随单元数量线性增加的问题,有效降低并联结构的吸声表面积;结合阶梯型微缝单元和嵌套式并联方式,设计了两种低频宽带吸声超表面。结果表明:以16个单元嵌套形成的厚度仅为70 mm的超表面能实现600～1 600 Hz的吸声效果;以8个单元嵌套形成的厚度为39.1 mm的超表面不仅能实现470～657 Hz的吸声效果,还能获得较好的通风性能。这两种超表面具有结构紧凑、吸声带宽大、尺寸小且兼具通风的特点,在实际中具有广泛的应用前景。     

聚合物-粉煤灰陶粒多孔降噪声屏障材料制备及影响因素分析

为了研究具有多孔结构的粉煤灰陶粒(FAC)在公路交通噪声治理声屏障工程领域应用的可行性及其吸声降噪性能,以粉煤灰陶粒为轻骨料、环氧树脂作为黏合剂,混合制备聚合物-粉煤灰陶粒多孔降噪材料,采用声学级配理论推导出适合公路交通噪声集中频率范围内的最佳粉煤灰陶粒粒径范围,并采用阻抗管测试系统进行试件试验验证。采用单因素试验方法研究环氧树脂与粉煤灰陶粒的最佳配合比(水灰比),并考察了试件厚度、复合级配、表面切割、掺加材料、背后空腔、模拟雨淋和冻融循环等因素对聚合物-粉煤灰陶粒声屏障材料的力学性能和吸隔声性能的影响规律。研究结果表明:试验验证与理论推导的最佳陶粒粒径一致,均为1.0～3.0 mm,环氧树脂与粉煤灰陶粒的配合比(水灰比)为1∶5时材料吸声系数、力学性能最优;试件厚度的增大可明显改善材料中低频(1 000 Hz以下)的吸声性能,在1 000～1 600 Hz范围内,随着厚度增大,吸声系数呈现降低趋势;复合级配较单一级配第1共振吸声峰值向低频方向移动,500～1 000 Hz时吸声系数有明显降低趋势,400 Hz以内吸声系数有所增大;掺加橡胶粉可改善中高频吸声系数,对隔声性能的影响较小;空腔增大可明显提高材料中低频的吸声系数,但影响有限;表面切割可提升试件高频吸声系数,其影响规律与减小材料厚度相似;模拟雨淋以及冻融循环对材料吸声性能和力学性能影响均不明显。     

离心风机吸声蜗壳结构的数学物理模型及实验验证

为了降低离心风机气动噪声,设计了一种由穿孔蜗板、吸声材料、微穿孔板和空腔组成的吸声蜗壳结构,并采用声电类比方法建立了吸声蜗壳的数学物理模型.基于该模型分析发现:采用一定厚度的吸声材料可以在大约1～8 kHz频率范围内对气动噪声取得较好的吸声效果,适当增加吸声材料厚度可使得具有较高吸声系数的频率范围向低频方向适当拓宽,加...     

慢回弹聚氨酯发泡体吸声性能研究

对不同泡孔大小、不同厚度慢回弹聚氨酯材料在不同频段下的吸声性能进行实验研究.研究表明,1 300 μm是材料泡孔大小对吸声性能影响的转折点.对于低频声波,泡孔直径为1 300 μm时,吸声性能最好;对中高频声波,吸声效果最差.材料厚度对吸声性能的影响,6 cm为最优值,此时材料的吸声效果最好;材料对不同频段声波的吸收效果也各不相同,频率为1 000 Hz声波的吸收效果最差,此频率是材料吸声性能的低谷.以上研究结果为工程使用提供了有价值的实验依据.     

运用弹性支撑背板提高微穿孔板低频吸声性能

为了提高微穿孔板结构的低频吸声性能,将传统微穿孔板结构的刚性背板改进为弹性支撑背板,通过理论计算和试验对这一改进进行研究.由等效电路图推导出弹性支撑背板单元的矩阵,运用传递矩阵方法,将其和空腔单元矩阵、微穿孔单元矩阵进行串联,建立新结构的理论模型.通过振动试验测量弹性支撑背板的阻尼系数和刚度系数,计算出结构的吸声系数,并与驻波管试验的测量结果对比.结果表明:理论计算和试验结果吻合良好;改进设计的微穿孔板结构同时利用了微穿孔板的腔共振吸声和背板的机械阻抗吸声作用,能够在不增加结构厚度的情况下提高低频吸声性能,并且同时保持中高频吸声效果.     

一种应用于电梯井的复合吸声结构及其吸声参数研究

为减弱电梯井噪声干扰,提出一种能应用于井内壁的复合吸声结构.基于Attenborough提出的"多孔材料表面声阻抗"理论和David and Colin提出的"穿孔板声阻抗"理论,探讨其吸声性能的参数优化方法 .使用可与井壁一体化的阻尼石膏砂浆板为基材,复合岩棉板与水泥砂浆穿孔板组成井内壁吸声结构.基于理论分析、数值模拟与实验测量,通过分析该结构的岩棉板厚度、流阻、孔隙率等参数和穿孔板穿孔率、厚度、密度等参数对结构正入射吸声性能的影响,讨论了该吸声结构的参数优化方法 .结果显示,岩棉板的孔隙率、流阻率和容重以及穿孔板的穿孔率、厚度对复合吸声结构性能起到关键性作用,增加穿孔板厚度、降低穿孔率、增加多孔材料的孔隙率可加强结构的低频吸声性能,反之则加强高频吸声性能;优化后的复合吸声结构,在600和1600 Hz的正入射吸声系数分别达到0.6和0.8.结果表明,提出的复合吸声结构在电梯井噪声控制中显然具有应用潜力.     

应用粒子群优化算法设计锥形孔微穿孔板结构

为了改善传统厚微穿孔板吸声结构的吸声性能,用锥形孔代替圆柱形孔,提出锥形孔微穿孔板结构.在锥形孔微穿孔板结构的确定方法上采用粒子群优化算法,分别对其进行单参数及双参数优化.仿真结果表明:经单参数优化后的锥形孔微穿孔板较相同厚度的传统厚微穿孔板在特定频率范围内的最大吸声系数明显增大;经双参数优化后的结构,不仅可以增大其最大吸声系数,而且能够保持原有共振频率不变,从而为锥形孔微穿孔板的结构设计提供了快速有效的设计方法.     

透水型沥青路面材料的降噪性能

以透水型路面为研究主体,利用驻波法测试材料的吸声系数,研究空隙率、粒径和厚度等因素对材料吸声系数的影响规律,探讨多孔路面结构的吸声降噪机理,并结合试验路段的噪声测试结果,评价路面现场降噪性能。研究结果表明:透水型路面中大量的连通孔隙能够有效地吸收路面噪声,随着厚度的增加,其吸声系数峰值向低频移动,小粒径透水型沥青路面材料具有更佳的吸声性能;当采用20%空隙率、40 mm厚的OGFC-13混合料时,吸声系数均值达到0.402,吸声系数峰值达到0.669;透水型沥青路面与普通AC-13C路面相比,路面现场噪声降低了4.7 dB(A);透水型沥青路面材料是一种降噪功能优异的路面材料。     

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。     

组合腔型吸声覆盖层的声学特性分析

采用波导有限元方法分析了组合腔型吸声覆盖层单元的轴向波传播和损耗特性,并结合传递矩阵建立了该结构覆盖层声学特性的分析模型.以组合型圆台空腔吸声覆盖层为例,分别从波型转换和轴向波传播特性的角度分析了不同大小的空腔嵌入改变吸声覆盖层声学特性的规律.结果表明,随着大腔嵌入比例的增加,吸声系数的峰值频率逐渐向低频偏移,改善了低频吸声性能.     

具有并联不等深度子背腔序列的微穿孔板吸声体吸声特性

详细讨论了一种新型宽频带微穿孔板(MPP)吸声体的吸声特性,该吸声体由单层MPP和基于二次余数扩散体(QRD)深度序列设计的多个并联且深度不等的子背腔组成.首先,从理论上提出了该吸声体正入射吸声系数的解析计算方法;然后,建立了有限元数值仿真模型验证所提出的解析计算方法,并分析该吸声体的正入射吸声特性;最后,在矩形驻波管内基于传递函数法实验测量了该吸声体样品的正入射吸声系数.实验结果表明,所提出的该类吸声体正入射吸声系数的解析计算方法准确可靠.同时,在460~3 500 Hz的频率范围内,采用解析计算方法预测的该类MPP吸声体的正入射吸声系数不小于0.5,最大吸声系数能达到0.98.     

基于多孔材料的复合微穿孔板结构声学特性研究

为了拓宽普通单层微穿孔板吸声频段,进一步提高其吸声性能,本研究对基于多孔材料的复合微穿孔板吸声结构声学特征进行研究。应用声学有限元方法对复合吸声结构声场进行数值模拟,研究多孔材料的位置、厚度、流阻率及其与微穿孔板或腔壁间空气层对复合吸声结构吸声性能的影响。结果表明：相较于普通单层微穿孔板吸声结构,添加多孔材料后的复合吸声结构吸声性能显著提高;将多孔材料紧贴微穿孔板安装,或选择较厚的、流阻率较高的多孔材料,均可有效提高复合吸声结构的吸声性能;多孔材料与腔壁间空气层对改善中、低频吸声性能有良好作用;多孔材料与微穿孔板间空气层会降低高频吸声效果。     

硅藻泥-草梗复合吸声材料的测试研究

以硅藻泥、草梗、氧化镁为主要原料,加入一定的辅助材料,研制出一种新型复合多孔吸声材料.分析材料的吸声原理及基本特性,采用驻波管法在200~2 000Hz频段范围内测试材料的吸声性能.结果表明,材料的吸声性能受草梗掺量、尺寸、材料的密度和厚度以及背部空腔尺寸的影响,与一般常用吸声材料的吸声系数进行比较,综合吸声性能优良.     

微穿孔板作护面板对多孔材料吸声效果的影响

分析了微穿孔板做护面板对多孔材料吸声效果的影响。通过实验测得多孔材料的复阻抗和复波数,给出了复合结构的吸声系数计算公式,并在阻抗管内进行实验验证,实验结果与理论计算吻合良好。实验结果表明,使用微穿孔板作多孔材料护面板,具有较低声阻抗的微穿孔板能减小对多孔材料高频吸声性能的影响;具有较高声抗的微穿孔板会更好的提升多孔材料的低频吸声效果,但会使吸声系数在高频下降严重,同时过高的声阻会使吸声系数峰值下降。     

经编间隔织物的吸声性能研究

采用阻抗管传递函数法测试了5种不同规格经编间隔织物在声频为100～2 500 Hz时的吸声系数,分析了织物结构参数对吸声性能的影响,并比较了该织物与常用吸声、衬垫材料海绵在吸声性能方面的差异.研究结果表明:织物的吸声性能与织物的密度、厚度、孔隙率等参数有关;经编间隔织物的吸声性能优于同厚度的海绵,在汽车行业中将是海绵类产品的优异替代品.     

穿孔板吸声结构的频率特性分析

分析了亥姆霍兹共鸣器的共振频率特性，导出了穿孔板吸声结构吸声的中心频率、频带宽度、上限频率及下限频率的估算公式，为设计、制作理想的穿孔板吸声结构提供了参考．