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:(...     

组合空腔声学覆盖层声学性能分析及其优化设计

为解决声学覆盖层在低频声学性能较差的问题，设计一种包含圆柱和圆台的组合空腔型覆盖层，利用软件COMSOL计算其在10 000 Hz以下的隔声量与吸声系数，研究覆盖层在不同结构尺寸下的声学性能，继而对组合空腔进行局部优化。结果显示：声学性能会随开孔率的增大而改善，且吸声性能曲线波峰往低频移动；当开孔率由圆台半径控制时，隔声量峰值频率往低频移动，当其由单胞半径控制时，则峰值频率往高频移动；当圆柱半径为1 mm、高度为10 mm时，声学性能相比其他尺寸空腔达到最优；对空腔中圆台结构的母线进行形状优化后，声学覆盖层声学性能得到改善。     

组合空腔声学覆盖层声学性能分析及其优化设计

为解决声学覆盖层在低频声学性能较差的问题，设计一种包含圆柱和圆台的组合空腔型覆盖层，利用软件COMSOL计算其在10 000 Hz以下的隔声量与吸声系数，研究覆盖层在不同结构尺寸下的声学性能，继而对组合空腔进行局部优化。结果显示：声学性能会随开孔率的增大而改善，且吸声性能曲线波峰往低频移动；当开孔率由圆台半径控制时，隔声量峰值频率往低频移动，当其由单胞半径控制时，则峰值频率往高频移动；当圆柱半径为1 mm、高度为10 mm时，声学性能相比其他尺寸空腔达到最优；对空腔中圆台结构的母线进行形状优化后，声学覆盖层声学性能得到改善。     

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。     

局域共振型腔体结构吸声瓦的斜入射吸声特性研究

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10～2 000 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...     

镶嵌薄膜结构的低频吸声特性分析与实验研究

为了对低声压级、低频带声波达到理想的吸收效果,提出了一种金属片镶嵌薄膜的复合吸声结构。分析了复合结构局域共振机理:通过薄膜材料的弹性波与每个结构单元的共振特性相互作用,可以产生局域共振带隙,从而使薄膜中的行波不能进行传播。利用传递矩阵法计算了镶嵌结构与薄膜空腔结构结合后的声阻抗,得到理论的吸声系数。通过试验得到复合结构中结构单元和薄膜的阻尼系数与弹性系数,对复合结构进行吸声系数测试,与理论计算值进行对比,理论计算结果与试验吸声系数吻合较好。采用薄膜两侧镶嵌结构单元与一侧的进行试验比较,得到两侧镶嵌结构的吸收峰值附近频带较宽,一些吸声系数达到0.95,实现了低频噪声的高效吸收。     

双层结构敷设声学覆盖层的吸声特性研究

利用改进的传递矩阵模型研究了双层钢结构敷设声学覆盖层的吸声特性。在分层介质传递矩阵模型的基础上,引入界面面积因素,使模型可以定性计算具有内部空腔的覆盖层吸声性能。计算结果表明:对于中间有水层的双层钢结构,仅在外层钢板敷设覆盖层,水层引起的共振将显著降低其低频吸声性能。若同时在内层钢板敷设覆盖层,则可显著提高其低频吸声性能。外层覆盖层对第一阶吸声峰值内下的频段和高频段吸声影响显著,而对第一阶吸声谷值频率附近的吸声性能影响很小。内层覆盖层则能显著提高第一阶吸声谷值频率附近的吸声系数。     

基于COMSOL的空腔声学覆盖层的斜入射吸声性能分析

基于平面波斜入射理论,利用有限元软件COMSOL建立了双层平板空腔声学覆盖层单元的斜入射仿真模型,并研究了斜入射条件下覆盖层结构和材料参数对其吸声性能的影响。通过与理论解的对比,验证了该仿真模型的准确性;讨论了入射角度,空腔结构,穿孔率和覆盖层厚度等参数变化对于覆盖层吸声性能的影响。结果表明:当入射角度变化时,吸声系数的峰值谷值间的频率间隔会随着入射角度的增加而增大,而且峰值和谷值也会随着入射角度的增加而增大;当穿孔率较大或者覆盖层厚度较厚时,吸声系数的峰值和谷值频率值会向低频移动,且数值也会更大。     

含空腔声学覆盖层等效参数理论与吸声机理研究

针对含水平周期圆柱空腔的声学覆盖层声吸收问题,在弹性波声传播理论的基础上,以准静态极限理论为前提,获取含空腔覆盖层均匀等效参数,进一步利用传递函数法得到吸声系数表达式。通过与有限元数值计算结果对比,验证了算法的正确性。重点从圆柱空腔单极子共振出发阐述覆盖层的声吸收机理,并从吸声曲线、覆盖层位移图等多角度展示主要参数对吸声性能的影响规律,可为低频高吸收声学覆盖层设计提供指导。     

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。     

大尺寸薄膜型声学超材料复合结构低频宽带隔声性能研究EI北大核心CSCD

薄膜型声学超材料的提出与发展为使用轻薄结构有效解决低频噪声问题带来了希望。然而,受限于局域共振机理,单层的薄膜型声学超材料仅能够在极窄的频段范围内具备优异的低频隔声性能,很难满足舰船动力装备这类需要宽频段有效噪声的实际场景应用需求。通过将不同结构形式的多层薄膜型声学超材料进行复合,以期突破局域共振机理的窄带局限性,实现优异的低频宽带隔声性能。采用等效面密度概念,建立薄膜型声学超材料复合结构的隔声计算模型;基于双混响测试方法,开展多种复合方式的大尺寸薄膜型声学超材料复合结构的混响场激励隔声性能试验,验证隔声计算模型的有效性,比较并分析其低频宽带隔声性能。该研究工作为薄膜型声学超材料复合结构的隔声性能分析与实际工程应用提供一定参考价值。     

Alberich型吸声覆盖层的低频吸声机理分析

声波垂直入射Alberich型吸声覆盖层时激起沿厚度方向传播的轴对称波,而决定覆盖层低频性能的最低阶波可等效为“准平面波”,通过共振特性分析了覆盖层的低频吸声机理,指出达到低频有效吸声需要满足的轴对称波相速度的近似条件。低频吸声机理要点包括：（1）吸声覆盖层的共振是粘弹性圆柱腔体的共振;（2）吸声覆盖层的吸声峰值频率对应覆盖层的反共振频率而不是共振频率;（3）绝对软背衬的最低吸声峰频率比绝对硬背衬低一半左右。     

非对称双层薄膜型局域共振声子晶体低频隔声性能研究

薄膜型局域共振声子晶体结构简单、既薄又轻，是理想的低频隔声材料。本文对非对称结构双层薄膜型局域共振声子晶体材料的声学低频隔声性能进行研究，讨论了声子晶体非对称结构中质量块分布方式、位置以及数目对声学衰减特性的影响，研究表明非对称结构双层薄膜型声子晶体由于其非对称的结构能够在低频呈现出优异的轻质、宽频隔声特性，且通过调节质量块在薄膜上的位置、质量块的数量及分布方式对声波隔声的频率位置进行调节。     

非对称双层薄膜型局域共振声子晶体低频隔声性能研究

薄膜型局域共振声子晶体结构简单、既薄又轻，是理想的低频隔声材料。本文对非对称结构双层薄膜型局域共振声子晶体材料的声学低频隔声性能进行研究，讨论了声子晶体非对称结构中质量块分布方式、位置以及数目对声学衰减特性的影响，研究表明非对称结构双层薄膜型声子晶体由于其非对称的结构能够在低频呈现出优异的轻质、宽频隔声特性，且通过调节质量块在薄膜上的位置、质量块的数量及分布方式对声波隔声的频率位置进行调节。     

基于Helmholtz共振腔阵列的声学超材料研究

为有效控制特定频段的噪声,基于Helmholtz共振腔阵列,通过Helmholtz共振腔短管位置的控制,设计了一种新型的局域共振型声学超材料。利用COMSOL Multiphysics软件求得新型声学超材料的能带图和传递损失曲线,并与具有单一方向开口的Helmholtz共振腔阵列的传递损失曲线进行对比;同时,为分析新型声学超材料的带隙形成机理,求得了其在带隙频率范围内的声压分布云图。通过试验测试了新型声学超材料的吸声性能。结果表明：新型声学超材料的能带图中产生了2段较窄带隙和1段较宽带隙,在带隙频率范围内,声学超材料传递损失出现峰值;第1带隙和第2带隙较窄,原因是单个Helmholtz共振腔局域共振,声波能量消耗少;第3带隙较宽,原因是Helmholtz共振腔与其周期排列形成的外部波导联合共振吸声,消耗大量声波能量。试验测试结果与仿真计算结果较为吻合,新型声学超材料可有效控制1 300~1 500 Hz和1 500~2 000 Hz频率范围内的噪声。研究结果表明,所设计的新型局域共振型声学超材料可有效实现中低频减振降噪,为声学超材料在中低频的降噪控制研究提供了新的思路。     

铝纤维板的复合结构吸声性能分析

为了解决变电站低频噪声问题,研制两种铝纤维板复合结构材料。首先基于阻抗管法分析铝纤维的面密度和空腔对低频吸声性能的影响,然后将铝纤维板分别与聚酯纤维、亥姆霍兹共振器进行组合形成复合结构材料,接着分析复合材料的低频吸声性能。结果表明,铝纤维的面密度对吸声系数影响较小,而增大空腔厚度可一定程度提高铝纤维板的低频吸声系数,但100 Hz处吸声系数仍然不理想;铝纤维板-聚酯纤维复合结构和铝纤维板-亥姆霍兹共振器复合结构相较于铝纤维板低频吸声性能均有很大的提高,特别是100 Hz的吸声系数最高可达到0.9以上,可用于变电站低频降噪。     

复合微穿孔板吸声结构声学性能预测

本文旨在将微穿孔板吸音结构与多孔材料复合，得到中低频吸音性能较好的复合层声学结构。以微穿孔板多边形穿孔截面、穿孔率、空腔厚度和多孔材料类型为变量，设计复合层声学结构，给出复合层声学结构吸声系数的理论计算方法和声学有限元仿真预测模型。利用3D打印技术制备精度较高的微穿孔板实验样本，利用阻抗管法对复合层声学结构的吸声系数进行实验室测量。对比预测结果和实验数据，发现两者具备很好的一致性。研究表明：复合层声学结构具有很好的中低频吸声系数，通过调整微穿孔板穿孔截面形状和穿孔率可以对中低频段（50-1600Hz）噪音进行有效控制。     

薄膜材料吸声性能数值模拟

为了研究薄膜材料的吸声性能,对带空腔的单层薄膜、双层薄膜及未带空腔的双层薄膜的吸声性能进行了数值模拟。在其它参数保持不变时,随着薄膜材料的质量密度和空腔深度的增加,共振频率逐渐向低频方向移动。带空腔的双层薄膜吸声结构的吸声带宽明显高于单层薄膜的吸声带宽;未带空腔的双层薄膜吸声结构在频率低于一定值时,吸声系数可以保持常数不变。     

多层材料椭球形空腔吸声覆盖层的吸声特性分析

针对椭球形空腔吸声覆盖层低频吸声性能比较差的问题,建立了多层材料椭球形空腔结构覆盖层的Comsol有限元模型,采用传递矩阵法验证有限元模型并对其进行吸声特性数值仿真分析。结果表明:理论计算与数值仿真的曲线趋势大致吻合,证明该有限元模型是有效的;相同穿孔率下多层材料吸声覆盖层低频吸声特性明显优于单层材料吸声覆盖层,并且根据穿孔率、表层厚度、损耗因子、杨氏模量等参数的变化分析了各种参数对吸声系数曲线的影响,为下一步声学优化提供具体指导。     

微穿孔板二次余数扩散体复合结构阻抗管实验研究

传统的共振吸声结构由于吸声频带窄而无法满足要求,为此将具有良好扩散性能的二次余数扩散体(Quadratic Residue Diffuser,QRD)结构与微穿孔板复合以期获得在吸声频带和吸声峰值兼佳的复合结构。阻抗管实验研究表明,将QRD结构与微穿孔板复合之后,微穿孔板的吸声频带有了很大的扩展,并同时拥有了QRD结构双吸声峰的特点。经过复合,QRD结构的吸收峰吸声系数明显改善,从0.27提高到0.6以上,半峰宽拓宽到300 Hz以上;与微穿孔板变化规律一致,微穿孔板/QRD复合结构的中低频吸收峰频率随微穿孔板穿孔率的增大而向高频移动,随板厚的增加而向低频移动。