蜂窝微穿孔结构的宽频吸声优化设计与分析EI北大核心CSCD

单层微穿孔板结构有着吸声频带较窄、吸声性能不佳等缺点。为提高单层微穿孔板结构的降噪效果,依据微穿孔板结构的背腔高度改变时,结构的共振频率会发生移动的特点,结合声电类比原理和粒子群优化算法,从理论模型、仿真计算以及试验测试三方面设计分析了一种拥有宽频高吸声性能的单层蜂窝微穿孔结构,并且从结构相对声阻抗率的实部和虚部入手,对利用不等腔深提高结构吸声性能的原理进行了分析。研究结果表明:结构在1140~3000 Hz内的吸声系数均在0.9以上,验证了利用粒子群优化算法设计宽频吸声体的可行性。     

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。     

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。     

微穿孔板吸声体中的板振动

板振动对微穿孔板吸声体的声学特性存在一定的影响。文章对此影响关系从理论方面进行初步分析,并通过不同材料、不同孔径、不同穿孔率样品在低频、中频驻波管中的大量实验,分析板振动对微穿孔板吸声体吸声性能影响关系的规律性,从而得到对微穿也板的实际应用具有指导性的结论。     

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。     

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。     

折叠背腔微穿孔结构的宽频吸声特性研究

为拓宽吸声带宽,提高低频吸声效果,提出新型折叠背腔微穿孔板吸声结构。建立单个折叠背腔微穿孔吸声单元的理论模型,通过传递矩阵法求解其吸声系数,通过有限元仿真验证理论计算结果。在此基础上,分析由不同背腔深度单元组成的折叠背腔微穿孔板吸声结构的垂直入射吸声特性。随着组合单元数目的增加,吸声带宽得到进一步拓展。结果表明,整体厚度仅为30.3 mm的10 单元组合折叠背腔微穿孔板吸声结构在450 Hz～1 600 Hz内的吸声系数大于0.6,在1 200 Hz～1 550 Hz范围内的吸声系数大于0.8。     

折叠背腔微穿孔结构的宽频吸声特性研究

为拓宽吸声带宽,提高低频吸声效果,提出新型折叠背腔微穿孔板吸声结构。建立单个折叠背腔微穿孔吸声单元的理论模型,通过传递矩阵法求解其吸声系数,通过有限元仿真验证理论计算结果。在此基础上,分析由不同背腔深度单元组成的折叠背腔微穿孔板吸声结构的垂直入射吸声特性。随着组合单元数目的增加,吸声带宽得到进一步拓展。结果表明,整体厚度仅为30.3 mm的10单元组合折叠背腔微穿孔板吸声结构在450 Hz～1 600 Hz内的吸声系数大于0.6,在1 200 Hz～1 550 Hz范围内的吸声系数大于0.8。     

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     

微穿孔板吸声体的准确理论和计算机辅助设计

为使马大猷教授提出了的微穿孔板吸声体精确理论,能够在噪声与振动控制工程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,并对结构参数与吸声特性之间的相互影响进行了较为深放的分析和探讨。     

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。     

新型宽带动力吸振器优化设计*

基于导纳功率流理论建立了变截面阻尼复合梁式新型宽带吸振器吸振分析理论模型,以输入被控制结构净功率峰值最小为目标函数,运用混沌粒子群算法对吸振器参数进行了优化,并给出了吸振效果较好的参数分布范围。结合实验结果表明：通过混沌粒子群算法优化后的得到的变截面阻尼复合梁式新型宽带吸振器具有好的吸振效果。     

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。     

Energy absorption evaluation of reinforced concrete beams under various loading rates based on particle swarm optimization technique

This study proposes an energy absorption model for predicting the effect of loading rates, concrete compressive strength, shear span-to-depth ratio, and longitudinal and transverse reinforcement ratio of reinforced concrete (RC) beams using the particle swarm optimization (PSO) technique. This technique avoids the exhaustive traditional trial-and-error procedure for obtaining the coefficient of the proposed model. Fifty-six RC slender and deep beams are collected from the literature and used to build the proposed model. Three performance measures, namely, mean absolute error, mean absolute percentage error and root mean square error, are investigated in the proposed model to increase its accuracy. The design procedure and accuracy of the proposed model are illustrated and analysed via simulation tests in a MATLAB/Simulink environment. The results indicate the minimal effect of swarm size on the convergence of the PSO algorithm, as well as the ability of PSO to search for an optimum set of coefficients from within the solution space.     

Enhancing particle swarm optimization algorithm using two new strategies for optimizing design of truss structures

This work develops an augmented particle swarm optimization (AugPSO) algorithm using two new strategies,: boundary-shifting and particle-position-resetting. The purpose of the algorithm is to optimize the design of truss structures. Inspired by a heuristic, the boundary-shifting approach forces particles to move to the boundary between feasible and infeasible regions in order to increase the convergence rate in searching. The purpose of the particle-position-resetting approach, motivated by mutation scheme in genetic algorithms (GAs), is to increase the diversity of particles and to prevent the solution of particles from falling into local minima. The performance of the AugPSO algorithm was tested on four benchmark truss design problems involving 10, 25, 72 and 120 bars. The convergence rates and final solutions achieved were compared among the simple PSO, the PSO with passive congregation (PSOPC) and the AugPSO algorithms. The numerical results indicate that the new AugPSO algorithm outperforms the simple PSO and PSOPC algorithms. The AugPSO achieved a new and superior optimal solution to the 120-bar truss design problem. Numerical analyses showed that the AugPSO algorithm is more robust than the PSO and PSOPC algorithms.     

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...     

微粒群算法在自动控制系统设计中的应用

提出了将微粒群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)算法与控制系统设计相结合的系统设计思路和方法。系统设计过程包括两个部分：首先基于历史输入输出数据,用微粒群算法建立系统的模型,然后基于得到的模型进行控制器的设计,并用微粒群算法进行控制器的参数优化整定。仿真试验结果表明,微粒群算法在控制系统设计的模型建立、控制器参数优化等方面发挥了重要的作用,简化了控制系统设计任务,提高了设计效率。     

FeCrAl纤维多孔材料梯度结构吸声性能的研究

根据前期对单层FeCrAl纤维多孔材料吸声性能的系统研究,对纤维多孔结构进行了优化设计,梯度结构是以孔隙度递减的方式排列而成.分别对单层和梯度结构的吸声性能进行了测试,结果表明,在常温常声压条件下,3层梯度结构低频吸声性能较单层材料有明显提高,而且能够在一个较宽频率范围内的稳态吸声系数平稳延伸,最大值为1;在常温高声强140dB条件下,该结构仍保持较好的稳态吸声性能,在1600～6400Hz宽频范围内的吸声系数均达到0.9以上;在高温常声压条件下,梯度结构的吸声性能受到温度影响有所下降,且吸声系数不随频率的升高而增加,从而在测试频率范围内出现第一峰值频率.虽然梯度结构的高温吸声性能变差,但是较单层材料的吸声性能要好得多.因此,FeCrAl纤维多孔材料梯度结构是一种适用于多种特殊环境的吸声体.