蜂窝微穿孔吸声体的宽频吸声性能优化设计

针对蜂窝微穿孔吸声体结构,利用粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)算法优化吸声体结构的吸声性能.以三蜂窝芯的蜂窝微穿孔吸声体结构中微穿孔板的孔径、穿孔率和背腔深度为优化设计变量,以吸声体的吸声系数和吸声频带为优化目标,得到吸声体宽频范围吸声时的优化结构参数.将三参数优化、两参数优...     

微穿孔板吸声体参数灵敏度分析

轻质耐高温的微穿孔板吸声体的吸声性能主要受腔深、孔径、板厚、穿孔率四个参数的制约,通过等比例减小和增大这些参数来观察微穿孔板吸声体吸声性能的改变。引入吸声系数变化率的概念,以吸声系数变化率作为衡量标准,判断参数的改变对结构吸声性能的影响。整体而言,影响吸声性能的敏感度从高到低的微穿孔板吸声体参数顺序为：腔深、孔径、穿孔率、板厚。研究结果可为工程人员利用微穿孔板吸声体降噪时设计吸声体尺寸提供一定的指导。     

双层串联微穿孔板吸声体吸声特性研究

单层微穿孔板的吸声频带较窄,采用双层串联微穿孔板结构可进一步拓宽其吸声频带,但由于双层串联微穿孔板结构的吸声曲线中两个波峰之间有很大的下降趋势致使整体吸声系数有所降低,故采用传递函数法建立双层串联微穿孔板吸声体理论模型,分析两层穿孔板的穿孔参数和板后空腔改变时结构整体吸声系数的变化,并通过与COMSOL中所建模型的计算结果相对比进行验证,比选确定合适的结构参数,使其在拓宽吸声频带的同时保持其在吸声频带内的吸声系数均较大,得到较优的吸声效果。     

复合微穿孔板吸声结构吸声特性分析及优化

针对传统微穿孔板吸声结构（Micro-Perforated Panel Absorber,MPPA）吸声带宽较窄的问题,基于微穿孔板串并联耦合机制,提出了三种不同结构形式的复合MPPA结构。首先,依据声电类比法推导出了复合MPPA法向入射吸声系数的解析计算模型;然后,通过初步设计结构尺寸参数,探究了该类吸声结构的宽带吸声特性;针对500～3 600 Hz的目标吸声频段,采用多种群遗传算法对复合MPPA以及传统简单MPPA、串联MPPA、并联MPPA分别进行优化,对比分析了其最优吸声带宽;最后,利用有限元法对优化后吸声性能最佳的复合MPPA进行了吸声系数仿真测试以及对应的阻抗管实验测试。测试结果表明,所提出的复合MPPA的宽带吸声性能优于传统简单MPPA、串联MPPA和并联MPPA的吸声性能;在500～3 600 Hz频段内,优化后吸声性能最佳的复合MPPA能够实现优异的宽带吸声,平均吸声系数高达0.92。该类吸声结构为宽带噪声控制提供了一定的参考。     

一种小局域条件下微穿孔板吸声体吸声特性研究

在1 mm厚碳纤维增强树脂板材上制备规则圆形的微穿孔,以此为基础,制得一种夹芯微穿孔吸声体,利用阻抗管测试方法研究了小局域条件对该吸声体吸声特性的影响。试验结果表明,小背腔的加入对该吸声体的微穿孔吸声效果有强烈影响,使其微穿孔的吸声频率向高频移动、吸声系数降低;且在该情况下,未发现组合微穿孔的协同吸声效应;基于声电类比法的微穿孔吸声方程可能不适合直接用于该声学结构吸声特性的预测、设计。利用亥姆霍兹吸声公式等声学理论,形成了一种适用于该小局域条件下夹芯微穿孔吸声体的计算方法,可解决该吸声体结构参数的设计问题,为优化其吸声特性提供依据。     

电解多孔铁镍薄板结构的吸声性能

对具有不同参数的单层电解多孔铁镍薄板结构及双层复合结构的吸声特性进行了试验和分析,将电解多孔铁镍薄板理想化为超细微孔结构,采用平均孔距和平均孔径利用微穿孔理论计算了电解多孔铁镍薄板结构的吸声性能,并与实测值进行了比较,结果表明,单层空腔电解多孔铁镍薄板结构具有很强的共振吸声特性和良好的吸声性能,吸声系数大于0.6的频带超过2个倍频程,双层复合结构可明显拓宽吸声频带,进一步提高吸声性能.对于单层电解多孔铁镍薄板结构,采用平均孔径和平均孔距根据微穿孔理论获得的吸声系数计算值与实测值吻合得良好;对于双层复合结构,吸声系数计算值与实测值的频率特性相近,最大值接近,但存在一定的频率偏移.     

面向工程的微穿孔板吸声结构设计方法

对传统的微穿孔板吸声结构设计方法进行分析,发现其存在近似公式精度不高及相关参数难以确定的问题,这些问题直接导致设计无法进行或得到不符合要求的设计参数。使用泰勒公式将设计过程中的复杂公式近似展开,并对得到的近似公式进行了修正,使其精度得到了提高;对相关公式进行推导,发现微穿孔板吸声结构的半吸收频带宽度与腔深成正比关系,据此,设计时可根据工程中的空间限制条件,首先确定腔深,再计算其他参数,提出了面向工程的微穿孔板吸声结构设计方法。针对某风机噪声,使用面向工程的设计方法设计了微穿孔板结构参数,得到了满足设计要求的吸声系数曲线。工程应用表明,面向工程的微穿孔板吸声结构设计方法更方便,且更准确     

单壁碳纳米管对微穿孔板吸声体吸声性能的影响

实验研究了单壁碳纳米管对微穿孔板吸声体吸声性能的影响。使用单壁碳纳米管对传统的微穿孔板吸声体进行表面修饰,得到复合微穿孔板吸声体,在阻抗管中测量得到其垂直入射吸声系数,并与复合之前的实验结果进行对比发现,经单壁碳纳米管表面修饰后的复合微穿孔板吸声体的吸声性能在低频范围内有明显的改进,吸声系数最大可提高约39.6%。对基于单壁碳纳米管表面修饰的复合微穿孔板吸声体的吸声机理进行探讨时发现,复合吸声体在微穿孔板吸声体共振吸声的基础上引入了单壁碳纳米管与微穿孔板界面的摩擦振动作用等辅助吸声机制使得其吸声性能变优。该研究结果为微纳复合吸声降噪结构的设计提供了研究思路。     

计及温度条件下的微穿孔板结构优化设计

微穿孔板吸声体是由穿孔直径在1 mm以下的薄板和板后空腔组成的共振吸声结构,其结构通常可利用经典的微穿孔板理论来设计。但在温度变化条件下,经典的微穿孔板理论已经不足以设计出满足要求的微穿孔板结构。文中在设计微穿孔板吸声结构时,不仅考虑了结构参数孔径d、板厚t、孔间距b及空腔深度D对微穿孔板吸声特性的影响,又计入了温度T这一参数。拟采用改进的粒子群优化算法,分别对一定温度下的单层和双层微穿孔板吸声体的结构参数进行优化设计,搜索得到最优的参数组合,使其在给定的频带范围内平均吸声系数最高。优化结果表明:利用改进的粒子群算法设计出的微穿孔板吸声结构在给定频率范围内吸声系数较大,且符合给定温度的要求。     

倾斜微穿孔板结构的吸声特性研究

针对实际应用中空间尺寸的限制和吸声性能的要求,提出倾斜微穿孔板吸声结构。首先,用虚拟的隔板将倾斜微穿孔板吸声结构分成有限个等宽的吸声胞元体,每个吸声胞元体的背衬空腔厚度均不相等。基于马大猷微穿孔理论和声阻抗并联原理,采用传递函数法获得不同穿孔方向倾斜微穿孔板吸声结构的吸声性能表达式。理论计算结果与现有实验测试结论相吻合。结果表明,微穿孔方向对结构吸声性能的影响较明显,适当调整微穿孔方向可获得满意的吸声系数。     

板膜耦合微穿孔板消声器的性能试验分析

为了使微穿孔板消声器具有低频宽频带吸声性能，文章提出一种将刚性微穿孔板与柔性微穿孔薄膜复合而成的微穿孔平面，并利用平均速度法预测了其吸声效果。文章分析了薄膜面积占比、薄膜厚度、背腔深度对吸声效果的影响。由分析结果可知：板膜耦合微穿孔板消声器与刚性微穿孔板消声器相比，吸声频带宽度从260 Hz拓宽到了650 Hz，与柔性微穿孔板消声器相比，在一定频率范围内吸声系数从0.55提高到0.75，通过适当改变薄膜厚度、背腔高度以及薄膜面积占比能控制微穿孔板吸收峰和薄膜共振吸收峰的相对位置，消声器可获得较好的吸声效果。研究成果可进一步拓宽微穿孔板消声器在低频降噪领域的应用范围。     

孔截面变化对厚微穿孔板吸声性能的影响

厚微穿孔板的微孔一般均为直通孔,虽然板厚的增加使其应用范围更广,但板厚改变的同时,微穿孔板的声阻抗也会相应改变,从而导致无法达到如薄板的吸声性能。本文以10mm厚环氧树脂基微穿孔板为研究对象,通过溶芯浇注成型的方法制备具有变截面孔的厚微穿孔板并测试其吸声性能。实验结果显示当直通孔变为变截面孔后,吸声频带有所拓宽,当变为大锥形孔时,微穿孔板的有效吸声频带从300~700Hz增宽至310~830Hz,平均吸声系数从0.45增加到0.54     

双层微穿孔结构扩散场吸声特性

本文在单层微穿孔结构的基础上,考虑到实际应用的声场条件和采用双层结构的要求,导出双层结构在扩用场中的声阻抗及吸声系数计算公式,分析了其在扩散场中的吸声性能,指出不能直接用垂直入射声波条件下的结果来判定某一双层结构在扩散场中吸声性能的优劣。并将理论计算结果和混响室中的测量结果进行比较,结果证明,理论计算可以较准确地预测实际结构的吸声性能。根据理论分析所设计的软件可以方便地进行双层或多层复合微穿孔结构     

《孔中介质对厚微穿孔板吸声性能的影响》

典型的微穿孔板为孔径与板厚均小于1mm的金属或塑料板，这些极薄的板材因其强度低，通常不适用于民用，也因此使微穿孔板这一良好的吸声共振结构的应用范围受到局限。本文以厚度为10mm的环氧树脂基厚微穿孔板为研究对象，分别选择空气、水、聚乙烯醇、羊毛纤维作为孔中介质，用阻抗管法测量吸声系数，研究各种介质对微穿孔板吸声性能的影响。结果发现，通过在孔中加入纤维材料可以在一定程度上弥补因材料厚度增加而导致的吸声性能的减弱。当平均每孔中穿入53根羊毛纤维，后空腔深度为20mm时，厚微穿孔板共振吸收频率为956 Hz，峰值吸声系数可达0.94。有效吸声频带范围为612Hz～1600Hz以上。     

宽频变腔高阻微穿孔吸声板的设计

提出一种穿孔吸声板,用于代替原有的吸声板,不仅可以减少材料的厚度,而且可以提高材料的吸声系数加宽吸声频带,以最大限度的提高经济指标,所研究的宽频变腔高阻吸声板经浙江省环保与振动控制专业协会测试,其吸声系数普遍高于普通微穿孔吸声板。     

变截面背腔结构的微穿孔板吸声器的设计与研究

如何实现微穿孔板吸声结构的宽频吸声是近年来的研究热点之一。针对微穿孔板吸声结构的宽频吸声问题,本文设计了一种不规则背腔结构,并将其应用到单层和双层微穿孔板的吸声器上,对其吸声性能进行了研究。利用声电类比模型获得吸声器各部分的阻抗关系,然后通过理论计算得到吸声结构的阻抗和吸声系数。理论、仿真和实验结果表明：在不增加结构厚度的情况下,通过内层变截面隔板对背腔进行不等体积分割,可拓宽微穿孔板吸声带宽,且结构相对简单。该研究为微穿孔板吸声器的宽带低频吸声及其应用提供了新的设计思路。     

超细不锈钢纤维对厚微穿孔板吸声性能的影响

厚微穿孔板因其板厚增加而无法达到如薄板的吸声性能,为拓宽厚微穿孔板的有效吸声频带,以10 mm厚环氧树脂基微穿孔板为研究对象,在孔中穿入超细不锈钢纤维并用阻抗管法测量其吸声特性,研究结果显示,超细不锈钢纤维能有效拓宽厚微穿孔板的吸声频带,当钢纤维穿入率为50%,每孔钢纤维用量为0.75 mg时,吸声系数大于0.5的吸声频带为392-1 168 Hz,而无纤维微穿孔板的吸声频带为530-1 076 Hz。     

内结构对连续金属纤维多孔材料吸声性能的影响

研究具有空腔结构的金属纤维吸声材料的吸声性能与空腔内填充介质、空腔厚度以及位置之间的关系。实验结果表明，当空腔内填充介质是空气时，材料的平均吸声系数为0.62，高于无空腔结构的0.58；当空腔内填充致密的硫酸盐时，材料的平均吸声系数为0.52，吸声性能下降。当空腔的厚度分别为3.5 mm和6 mm时，平均吸声系数分别是0.53和0.56，吸声频带拓宽。当空腔结构相同时，空腔距离吸声表面越近，材料吸声性能越好。当内空腔为离散小空腔时，可有效提高平均吸声系数，拓宽吸声频带。     

隔膜抽气泵用复合微穿孔管消声器优化设计

针对某隔膜抽气泵的排气噪声频谱特性,提出了一种高效宽频的串并联复合微穿孔管消声器。推导了复合微穿孔管消声器传递损失的数值计算模型,并基于此模型利用Isight软件集成Actran和Matlab软件,采用多种群遗传算法对复合微穿孔管消声器的平均传递损失进行优化,来扩宽消声频带提高消声性能。对优化的消声器进行试验测试,结果表明,采用优化后的串并联复合微穿孔管消声器,其隔膜抽气泵排气噪声在全频段内都有明显下降,总声压级下降10 dB（A）,在最关心的1 000～5 000 Hz频段内,消声量最高达到了22 dB（A）。试验研究证明,所提出的复合微穿孔管消声器及其优化设计程序为控制宽频带噪声提供了一种高效可行的方法。