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。     

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。     

道路声屏障组合吸声结构设计与评估

声屏障在道路交通噪声污染防治中得到了广泛应用,但同时面临材料吸声性能有限、轻量化程度有待提升等问题。为了更好地提升道路声屏障的降噪效果,需要研究组合吸声结构的声学性能及其影响因素。建立了二维阻抗管有限元模型,与实验数据进行对比验证了其可靠性。基于有限元仿真构建了微穿孔板-双层多孔吸声材料-空腔组合吸声结构,研究了几何参数对组合结构的吸声性能的影响,并在实际道路场景中进行了仿真分析。结果表明,微穿孔板的孔径和厚度减小,组合结构在中高频段的吸声效果提升;穿孔率减小,组合结构在低频段的吸声性能提升,但是中高频吸声性能显著降低;多孔吸声材料厚度的增加能提升组合结构中高频吸声系数。在多孔吸声材料背后合理设置空腔并不会降低组合结构的声学性能。穿孔率3%,孔径0.4 mm,板厚1 mm的微穿孔板与3 cm聚酯纤维+3 cm三聚氰胺+2 cm空腔的组合吸声结构降噪效果较好,将其作为吸声型声屏障的材料。吸声型和隔声型声屏障插入损失的规律基本一致,采用组合吸声结构的吸声型声屏障较隔声型声屏障插入损失提升1-2 dB,能够较好地控制中低频交通噪声,具有实际工程价值。     

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。     

双层阻抗复合吸声结构的优化设计

研究了由穿孔板及吸声材料构成的双层阻抗层阻抗复合吸声结构及其吸声性能模型,针对该结构多参数及噪声频带优化的特点,建立了吸声降噪优化数学模型。并以某地下电站厂房降噪为例,对双层阻抗复合吸声结构的各几何参数和物理参数进行了优化设计。     

高温环境下梯度多孔金属纤维的吸声性能及优化设计

为了研究高温环境下具有梯度结构的多孔金属纤维吸声性能,应用物性参数与温度之间的关系式,将Johnson-Allard吸声理论模型拓展到高温条件下,建立了多孔金属纤维材料高温吸声理论模型。采用高温阻抗管设备,测量了多孔材料试件,实验测试数据与理论计算结果符合很好,验证了理论模型的有效性。应用声阻抗转移公式,进一步将该理论模型拓展为梯度多孔金属纤维的高温吸声理论模型,并结合优化算法对多层梯度材料结构进行了优化设计。研究结果表明:高温条件下,材料吸声效果相比常温条件下稍差;多孔材料孔隙率和纤维丝径对材料吸声性能影响显著,随着孔隙率或纤维丝直径增大,材料吸声系数在低频段减小,在中频段增大;经过结构优化设计后,在同等条件下,多层梯度金属纤维材料吸声性能明显优于单层结构,具有良好的吸声效果。研究工作对多孔金属纤维材料的高温吸声应用及梯度优化设计具有一定的指导意义。     

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.     

微缝板结构的吸声理论及类比设计

根据微穿孔板吸声理论的思路,将缝板的缝宽降低到毫米以下所形成的微缝板会具有和微孔板类似的良好吸声性能,为此分析了微缝板吸声的吸声机理,得出类似于微孔板的声阻抗及吸声系数的计算公式。并在驻波管中进行了实验验证,理论计算和实验结果符合得较好。鉴于微孔板吸声结构的应用和设计已较成熟并积累了丰富的经验,因此提出了根据微孔板结构参数进行微缝板类比设计的方法,给出了两者之间等效参数类比关系式。根据类比法所设计     

有限大背腔单层微穿孔板吸声体吸声特性研究

基于声有限元数值方法研究了有限大背腔单层微穿孔板吸声体的吸声特性.首先,建立了该类单层微穿孔板吸声体的有限元数值模型,并采用等效电路法对其准确性进行了验证.然后,基于已验证的仿真模型讨论了有限大背腔单层微穿孔板吸声体的斜入射吸声性能,以及背腔宽深比对其扩散场吸声系数的影响规律.结果显示,在正入射条件下,单层微穿孔板吸声体的吸声性能主要受到有限大背腔非切向模态的影响,而在斜入射条件下,主要受到切向模态的影响;不同入射角度的声波会激发有限大背腔不同的切向模态,从而改善单层微穿孔板吸声体的高频吸声性能;调整背腔宽深比能有效控制单层微穿孔板吸声体扩散场吸声系数曲线高频吸声峰的位置,并且存在最佳宽深比使其同时具有较高的吸声系数和较宽的吸声频带.本文可为噪声控制工程和室内声学设计提供有用的参考.     

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.     

阻抗复合吸声结构的理论与声学特性研究

研究了由穿孔板、吸声材料及空腔构成的阻抗复合吸声结构理论,建立了其吸声性能预测模型,在实验验证理论正确性的基础上,分析了吸声结构参数与吸声性能的关系,从而为噪声控制中吸声结构的优化设计提供了依据     

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。     

阻抗复合吸声结构的理论与声学特性研究

研究了由穿孔板,吸声材料及空腔构成的阻抗复合吸声结构理论,建立了其吸声性能预测模型,在实验验证理论正确性的基础上,分析了吸声结构参数与吸声性能的关系,从而为噪声控制中吸声结构的优化设计提供了依据。     

阻抗复合吸声结构的理论与声学特性研究

研究了由穿孔板,吸声材料及空腔构成的阻抗复合吸声结构理论,建立了其吸声性能预测模型,在实验验证理论正确性的基础上,分析了吸声结构参数与吸声性能的关系,从而为噪声控制中吸声结构的优化设计提供了依据。     

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。     

穿孔率和厚度对单层微穿孔板吸声性能的影响

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。     

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.     

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。     

共振吸声结构的设计

本文讨论穿孔板共振吸声结构的声学性能,对共振频率、吸声系数和频带宽度等重要参量提出了切合实用要求的设计计算公式,并绘制了专用的计算列线图.