基于超构材料设计吸声降噪结构的研究进展

噪声污染是重要的环境问题,研究如何设计吸声结构以降低环境中的噪声一直是一项富有挑战性的课题。相比于传统材料,超构材料因其低频吸声的突出优势,成为目前设计研究的热点。首先介绍2种主要的声学吸收机制：声学黏滞性理论和热传导理论。在此基础上,阐述了吸声结构的基本设计分析方法,包括阻抗分析方法、数值计算方法以及实验方法,其中阻抗分析方法主要介绍了阻抗匹配理论和复频率平面分析方法。接着,根据目前吸声结构的设计研究现状进行分类,深入介绍基于超构材料设计的研究进展,讨论了其实际应用和可能的发展方向,最后从结构设计、工作频带、结构尺寸、吸声效果方面对基于超材料的吸声结构进行了总结,并分析了其在实际应用和不同工况下面临的挑战。     

微穿孔板吸声结构计算及其应用

微穿孔板吸声结构具有吸声系数高、吸收频带宽等优点，广泛应用于噪声控制的各个领域。根据马大猷的微穿孔吸声理论，总结了微穿孔板吸声结构的吸声原理，并用基于此理论的计算结果与在低频、中频驻波管中实验的结果进行对比，得到了比较满意的结果。采用微穿孔板吸声结构，进行汽车发动机隔声降噪模拟实验，结果表明，微穿孔板吸声结构具有良好的降噪功能。微穿孔板吸声结构的吸声性能的初步研究，为微穿孔板吸声结构在工程中的应用提供了依据。     

单层微穿孔板吸声性能的研究

设计具有不同穿孔率和不同厚度的微穿孔板,测试其吸声性能。以马大猷教授的微穿孔板吸声理论为基础,厚度增加会提高微穿孔板的吸声系数,但是微穿孔板厚度增加会减小高频范围内的吸声频带,穿孔率越大,微穿孔在高频率范围内具有宽的吸声频带。同时比较了Fok的考虑微穿孔间的相互影响的模型与实验测试结果相比较可知,考虑微穿孔间的相互影响的模型更接近实验结果。同时研究了微穿孔板吸声的模型,通过和实验获得的数据比较可知,考虑微穿孔间的相互影响的模型更和实验数据更接近。     

微穿孔吸声特性的数值分析

在微穿孔吸声体的理论基础上,编制了微穿孔板吸声体学特性的数值分析程序,通过计算实例的分析,探讨了微穿孔板噪声体的多频吸声特性。     

微穿孔板吸声体的某些问题及计算机辅助设计

为使马大猷教授提出的关于微穿孔板吸声结构和吸声体的精确理论能够在生产实践中得到迅速而广泛的应用，本文进行了这方面的计算机辅助设计，并对其中的某些问题，如结构参数与吸声特性之间的相互影响及高声强环境下微穿孔极吸声体的设计特点等，进行了较为深入的分析和探讨．     

非织造布结构吸声性能研究

研究背后有空气层时非织造布吸声特性.分析非织造布吸声系数与声阻抗率随频率的变化规律,由此得出吸声峰值频率的计算公式.传统窗帘吸声极大值频率的计算公式可以作为本文的一个特例.应用穿孔板共振结构吸声理论得出与实测非织造布结构第一吸声峰值频率相近的频率值.     

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.     

微穿孔板共鸣器的设计与应用

W.Neise和G.H.Koopman首次采用了共鸣器对风机进行降噪，这种方法不影响，风机的空气动力性能。但是共鸣器的长度、口部穿孔率及孔径等参数还没有普遍规律可循，只能通过试验加经确定，本文将共鸣器与微穿孔板吸声理论结合起来，以9－28－I4A离心通风机为试验机，对共鸣器及其参数进行进一步研究。     

透明微穿孔膜构造的吸声性能测量

为了研究微穿孔膜墙面吸声结构和空间吸声体的声学特性，在混响室中对8组墙面吸声体与7组空间吸声体的宽频带吸声系数进行了测量，以探讨吸声体的构造与其声学特性之间的关系．测量数据表明，微穿孔膜墙面吸声构造和空间吸声体具有良好的声学性能．该测量数据可以直接应用于实际声学工程，也可以用来与理论计算进行比较研究．     

试析空气对声波的吸收以及环境噪声对声场的影响

本文讨论了空气吸收，环境噪声对立体声功率的影响．     

羊毛吸声材料声学性能分析

通过对羊毛吸声材料的吸声系数与声衰减能力的测试,发现其吸声性能优良.羊毛吸声材料的吸声系数和声衰减能力随着频率的增大而逐渐增强,羊毛毡的厚度越厚,吸声系数和声衰减能力越大.在羊毛毡表面覆有铝箔,不仅方便使用和运输,而且可以明显地提高其吸声的能力.厚度为20 mm的羊毛毡就可以降低约20 dB的噪声.     

多孔泡沫材料的声吸收特性

为了结合泡沫金属兼有的高吸声和高热传导两种特性以进一步提高其吸声性能,回顾了泡沫金属材料的应用和声学建模;通过对泡沫金属和用于制造泡沫金属的高分子基体材料的实验,比较了作者提出的声波通过泡沫金属传播的3种黏滞模型的预测结果,表明所有模型在泡沫金属典型胞元尺寸所对应的低雷诺数范围内是有效的(假定声波为线性,幅值低于160 dB).第一种模型考虑了声波沿平行于刚性圆柱束轴线方向传播时所受到的空气曳力,第二种模型考虑了声波沿垂直于刚性圆柱束轴线方向的传播,第三种模型考虑了声波通过球形节点的传播.结合这3种模型,提出了一种泡沫金属声学性能的综合模型,可以用来预测泡沫金属的声吸收特性.此外,还介绍了一种用于泡沫金属材料基本声传播特性实验的后处理技术.     

变频调速异步电动机的特性分析

在异步电动机等效电路的基础上,分析了当电源频率改变时,电机等效电路中主要参数的变化规律及转矩变化情况.根据变频电机的设计思想,设计了一台变频调速三相异步电动机,并对其进行了试验与分析.     

烧结金属纤维材料的吸声模型研究

根据金属骨架多孔材料的特点,在Biot-Allard刚性骨架多孔材料内流吸声模型的基础上,考虑金属的热导特性,推导出一种新的、形式较简单的有效体积模量表达式,从而得到了一种扩展的吸声模型.利用该扩展吸声模型对单层烧结不锈钢金属纤维板、2层及3层梯度组合金属纤维板的吸声特性进行了理论计算,并进行了相应的实验测试.研究结果表明,金属骨架对材料低频段的声吸收具有一定的强化作用,烧结作用使得纤维小幅振动对材料声吸收的贡献减小,与Biot-Allard模型相比,采用扩展模型计算出的烧结金属纤维材料的吸声特性理论结果与实验测试值在总体上更为一致,尤其是对高频段表面声阻抗率的计算.     

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。     

基于多目标遗传算法的吸声覆盖层参数优化设计

针对圆柱空腔吸声覆盖层低、高频吸声的机制不同,提出了一种基于多目标遗传算法的吸声覆盖层参数优化设计方法.利用有限元软件ANSYS建立了平面波垂直入射吸声覆盖层的分析模型,并采用多目标遗传算法NSGA-II得到了多目标吸声问题的Pareto最优解集.结果表明：多目标优化设计全面考虑了圆柱空腔吸声覆盖层的低、高频吸声之间的耦合,可按需选择其满意的优化结果;比起仅优化吸声覆盖层的材料属性,考虑材料属性和结构参数的综合优化能够获得更佳的宽频吸声性能.     

静水压力下吸声覆盖层的声学性能分析

基于圆柱型空腔吸声覆盖层的二维解析理论,在只考虑黏弹性圆柱管中最低阶轴对称波的条件下,推导出圆柱管的平均阻抗,将变截面圆柱型空腔腔体单元近似为截面呈阶梯变化的多个圆柱管组合,用传输线组合描述整个腔体单元,以简化吸声覆盖层声学性能参数的计算方法;利用有限元软件分析了静压条件下吸声覆盖层的腔体单元变形,结合简化计算方法分析了静压对吸声覆盖层声学性能的影响.结果表明,静压作用于吸声覆盖层引起了腔体单元厚度减小和空腔半径缩小,使得吸声覆盖层的低频吸声性能变差,且吸声峰值向高频方向偏移.