含局域共振单元复合材料格栅夹芯结构的吸声性能研究

提出了一种耐静压的复合材料格栅夹芯吸声结构。格栅格内填充聚氨酯基体，基体内嵌入软橡胶包覆的铁球作为局域共振散射体单元。采用有限元方法对结构在常压和3 MPa静压下的吸声性能进行了对比计算，结果表明静压下结构吸声性能稳定。通过建立吸声系数曲线、平均能耗曲线、位移场和能耗密度场的关系，对结构吸声机理进行了分析。最后采用遗传算法对结构的宽频吸声性能进行了优化设计，优化后平均吸声性能提高150%且在低频点处吸声系数达到0.99,此时结构厚度小于λ/14,实现了小尺寸控制大波长低频声波。有望通过增加更多材料和结构参数或在不同格栅格填充针对不同低频点完美吸声的微结构来实现低频宽带吸声结构设计。     

局域共振型腔体结构吸声瓦的斜入射吸声特性研究EI北大核心CSCD

吸声瓦的吸声特性对于水下航行器的声隐身性能具有重要影响。综合考虑空腔覆盖层的结构和局域共振型薄膜材料的低频吸声性能,利用COMSOL软件建立了局域共振型腔体结构的吸声瓦的有限元模型,研究了其在10~2000 Hz内对斜入射声波的吸声性能,采用振动位移云图揭示其吸声机理,通过位移矢量图和动能密度分布图分析入射角度影响吸声性能的原因。研究结果表明:该吸声瓦的吸声系数随频率的增大、斜入射角度的增大而增大;吸声机理为上下空腔的收缩与扩张引起纵波向损耗因子较大的横波转化,以及局域共振结构的反共振消耗声能,二者共同作用提高吸声瓦的吸声性能;斜入射声波使得吸声瓦横向位移增大,转化成的剪切波增多;斜入射角度越大,吸声瓦的动能密度越高,消耗声能越多,因此吸声性能增强。研究结果可为吸声瓦的低频吸声特性设计提供理论指导。     

声致振动对3层微穿孔板吸声体吸声性能影响

为了研究声致振动对3层微穿孔板吸声体的吸声性能的影响,基于微穿孔板吸声理论与声电等效电路原理,对考虑声致振动时,3层微穿孔板吸声体的吸声性能进行了计算。研究发现,考虑声致振动时,3层微穿孔板吸声体的低频吸声性能有所降低,高频吸声性能变化不大。且随着微穿孔板的质量密度的增加,考虑声致振动时的3层微穿孔板吸声体的吸声性能曲线逐渐接近未考虑声致振动的情况。当其它参数保持不变时,随着穿孔板穿孔直径和间距的增加两共振峰逐渐向低频方向移动;随着穿孔率的增加,两共振峰逐渐向高频方向移动。因此,声致振动对3层微穿孔板吸声体的吸声性能有一定的影响,其影响程度与微穿孔板的质量密度和结构参数相关。     

局域共振型空腔覆盖层的低频吸声机理及调控规律研究

声学覆盖层的低频吸声特性对潜艇声隐身性能具有重要影响.综合考虑空腔型覆盖层结构和局域共振型薄膜材料的低频吸声性能,建立局域共振型空腔覆盖层的有限元模型,研究复合结构在10 Hz～2000 Hz频段内的吸声特性,并采用局域共振理论和模态分析揭示复合结构的吸声机理,进一步得到复合结构低频吸声性能的调控规律.研究结果表明:(...     

吸声超材料研究进展

介绍了基于局域共振机理的吸声超材料的基本原理和其负等效质量密度、负等效体积模量和两者"双负"的特点,详细介绍了基于局域共振机理的声子晶体型、薄膜型、声子玻璃型和频率编码型等吸声超材料的结构形式、基本原理和性能特点。还介绍了基于其它吸声机理的超材料的结构特点、吸声原理和最新研究进展。最后,对吸声超材料的未来发展方向进行了展望。     

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。     

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...     

吸声侧壁对微穿孔共振结构声学性能的影响

在微穿孔共振结构的空腔侧壁铺设吸声层将增大空腔的声顺,引进空腔的声阻,从而明显改进结构的吸声特性。与对应的刚性壁面空腔结构相比较,吸声壁面结构的吸声系数共振峰频率降低,频响曲线平坦,峰-谷起伏减小。其特性与填满吸声材料的空腔结构基本相同。相应的理论公式得到实例的有力支持。与三维理论相比较,一维理论比较简洁,仅需引入材料的垂直入射吸声系数。其预测的共振结构吸声系数幅值能够满足工程设计的要求,但是没能充分反映吸声材料对共振峰频率的影响,预测的共振峰频率偏高。     

基于颗粒阻尼的水下吸声构件结构设计与性能研究

现代声呐探测技术的提高对水下吸声构件在低频声波的吸收性能提出了新的要求，而现有基于空腔、颗粒散射、声子晶体等结构的水下构件仍难以达到良好的吸声效果。针对以上需求，本研究设计了基于颗粒阻尼结构的水下吸声构件，通过在水下吸声阻尼聚合物中加入颗粒阻尼单元高效耗散机械能。通过离散元模型计算出颗粒材质、填充率、尺寸等参数对于单元耗散能量的影响，并进一步探究了颗粒阻尼单元在声激励下的运动规律与能量耗散效果，对于改进水下吸声构件以及提升其吸声效果提供一种参考。     

天然纤维增强复合材料吸声性能研究

采用热压成型法制备天然纤维增强复合材料层合板和蜂窝夹芯结构,利用双传声器阻抗管进行吸声性能测试,并与合成纤维增强复合材料层合板和蜂窝夹芯结构进行对比。结果表明:与合成纤维增强复合材料层合板相比,天然纤维增强复合材料层合板虽然具有更优异的吸声性能,但是仍不能满足吸声材料的要求,需通过材料设计进一步提高这种材料的吸声性能。而天然纤维增强蜂窝夹芯结构具有优异的吸声性能,吸声系数峰值高达0.4,可以被用作吸声材料。     

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。     

点阵增强夹芯结构吸声复合材料制备及性能研究

采用连续纤维增强吸声芯层,并利用真空辅助成型工艺整体成型了结构吸声复合材料。采用QT/25试验机测试了结构吸声复合材料的抗平压性能、弯曲刚度;采用脉冲声管测试系统测定了结构吸声复合材料水下吸声性能。试验结果表明,吸声芯层、复合材料面板与增强结构三者复合良好、无缺陷,验证了连续纤维增强吸声芯层以及真空辅助成型工艺整体成型结构吸声复合材料技术可行性。与同类型材料相比,含点阵增强结构的材料的平压性能提高了一个数量级,弯曲刚度提高了一倍,声学性能无明显变化。     

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。     

水下吸声夹芯复合材料的声学性能

基于水下目标消声覆盖层的承载和隐身一体化需求,通过分析水下消声材料吸声机理,设计了一种水下吸声夹芯复合材料。合理选择材料组分制备了芯材声学试样,测量了声速、复模量、损耗因子等声学参数;采用脉冲声管试验声学性能与理论计算结果一致;33mm厚聚氨酯改性环氧基微珠(PUEPM)配方试样声学性能要优于环氧基微珠吸声体(EPM),5KHz以上频段吸声系数达到0.7;样机消声水池试验表明,水背衬时夹芯吸声结构样机平均吸声系数大于0.5。     

水下吸声夹芯复合材料的声学性能EI北大核心CSCD

基于水下目标消声覆盖层的承载和隐身一体化需求,通过分析水下消声材料吸声机理,设计了一种水下吸声夹芯复合材料。合理选择材料组分制备了芯材声学试样,测量了声速、复模量、损耗因子等声学参数;采用脉冲声管试验声学性能与理论计算结果一致;33mm厚聚氨酯改性环氧基微珠(PUEPM)配方试样声学性能要优于环氧基微珠吸声体(EPM),5KHz以上频段吸声系数达到0.7;样机消声水池试验表明,水背衬时夹芯吸声结构样机平均吸声系数大于0.5。     

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.     

Acoustic absorption of porous electrolytic iron–nickel panel with cavity

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.     

椭圆柱空腔吸声覆盖层的声学特性

采用波导有限元方法（WFEM）分析了共振腔型吸声覆盖层内轴向波的传播和损耗特性,以椭圆柱空腔吸声层为例,在保持穿孔系数不变的前提下,分别从轴向波传播和波型转换的角度分析了空腔形状改变吸声覆盖层声学特性的机理。在此基础上,结合波导有限元方法和传递矩阵（TM）建立了变截面空腔吸声覆盖层的分析模型,以圆台空腔吸声层为例,与二维解析方法对比验证了WFEM-TM方法的正确性,并讨论了椭圆台空腔吸声层的声学特性。     

纤维参数对聚酯纤维板吸声性能的影响研究

纤维材料是目前常用的吸声材料。而作为纤维材料的原料,纤维的参数差异将决定纤维材料的吸声性能好坏。为此,本研究制备了不同纤维参数的聚酯纤维板,开展了纤维截面形状、纤维细度和纤维长度对聚酯纤维板吸声性能的影响分析,采用响应面法优化得到了最佳纤维参数的聚酯纤维板。研究结果表明,异形聚酯纤维的吸声性能在中频阶段较优于普通圆形聚酯纤维,其中扁平形截面纤维性能最优。纤维细度小的聚酯纤维吸声性能相对更好,而纤维长度对吸声性能没有明显影响。响应面优化分析得到的最优纤维参数为纤维截面扁平,纤维细度3 D、纤维长度65 mm,在此参数条件下制备的8 mm聚酯纤维板后留20 mm空腔的平均吸声系数达到0.54。     

扩散吸声体设计中的护面层影响研究

扩散吸声体（diffsorber）共振吸声时,由于闭管的内阻抗和辐射阻抗往往不能匹配,造成吸声的效果在高频有所下降,为解决此问题,可以在扩散吸声体表面覆盖一层护面材料加以改善。利用护面层本身的声学作用,增加闭管管口的声阻,使闭管的内阻与辐射阻在高频时更好匹配,进一步提高高频时的吸声效果,使得扩散吸声体在很宽的频带范围内都能起到良好的吸声作用。实验表明,选取合适的护面层可以使扩散吸声体单位面积吸声量在中低频段可达1.4 m2,在高频时亦能达到1.2 m2,吸声的效率很高。所提的理论模型与实验结果协调得较好,可以对扩散吸声体的性能作进一步优化。