夹层边界上布置主动声学边界的有源隔声双层板结构EI北大核心CSCD

在双层板结构中夹层声场边界上布置平面声源作为主动声学边界,构成有源隔声双层板结构,提出基于主动声学边界方法的有源隔声双层板结构。在双层板结构中夹层边界上布置四边简支板,用来代替主动声学边界,控制力作用到该简支板上,采用声弹性理论建立了有源隔声双层板结构的计算模型,分别以辐射声功率最小和夹层声功率最小作为控制目标来优化控制力,计算分析控制前后夹层结构的传声损失以及各子系统的响应,并研究了主动声边界尺寸大小对系统隔声性能的影响。计算结果表明:主动声边界控制策略可以有效提高双层板结构的隔声性能,且以辐射声功率最小为控制目标要优于以夹层声场的声功率最小为控制目标;控制后,主动声边界对入射板振动响应几乎没有影响,辐射面板的振动动能和夹层声场的声功率均被有效地抑制;不同尺寸主动声边界都提高了夹层结构的隔声性能;对于低频率段,不同尺寸主动声边界对夹层结构的隔声性能提高的程度相同;对于其他频率段,主动声边界对传声损失和各子系统响应的影响并没有一定的规律,可以对主动声边界的尺寸进行优化设计,达到提高特定频段隔声性能的目的。     

夹层边界上布置主动声学边界的有源隔声双层板结构

在双层板结构中夹层声场边界上布置平面声源作为主动声学边界,构成有源隔声双层板结构,提出基于主动声学边界方法的有源隔声双层板结构。在双层板结构中夹层边界上布置四边简支板,用来代替主动声学边界,控制力作用到该简支板上,采用声弹性理论建立了有源隔声双层板结构的计算模型,分别以辐射声功率最小和夹层声功率最小作为控制目标来优化控制力,计算分析控制前后夹层结构的传声损失以及各子系统的响应,并研究了主动声边界尺寸大小对系统隔声性能的影响。计算结果表明:主动声边界控制策略可以有效提高双层板结构的隔声性能,且以辐射声功率最小为控制目标要优于以夹层声场的声功率最小为控制目标;控制后,主动声边界对入射板振动响应几乎没有影响,辐射面板的振动动能和夹层声场的声功率均被有效地抑制;不同尺寸主动声边界都提高了夹层结构的隔声性能;对于低频率段,不同尺寸主动声边界对夹层结构的隔声性能提高的程度相同;对于其他频率段,主动声边界对传声损失和各子系统响应的影响并没有一定的规律,可以对主动声边界的尺寸进行优化设计,达到提高特定频段隔声性能的目的。     

夹层结构声振耦合分析方法

为了研究夹层结构的声振耦合特性,提出了夹层声场的声波导模态展开方法,在此基础上发展了声波导模态展开方法的弱耦合形式,波导边界分别研究了绝对软边界和绝对硬边界两种形式,与结构模态展开方法和声腔模态展开方法及其弱耦合形式作对比,分析了声模态和声波导模态阶数对传声损失计算精度的影响,研究了不同夹层边界条件下夹层结构的声振耦合特性和夹层声场声压的分布情况。计算表明,需要的声波导模态阶数和声腔模态阶数由计算频率段的最高频率决定,最高频率越大,需要的声波导模态阶数和声腔模态阶数也越多;夹层结构的声振耦合特性是结构振动模态和声腔模态综合作用的结果,"梁-空气-梁"共振、驻波共振以及结构共振都会使得结构的隔声性能下降;夹层边界对结构的声振耦合特型有显著的影响;不同的夹层声场处理方法对于相同的物理现象得到的夹层声场分布不完全相同,从声场分布的特点可以反映所发生物理现象的机理。     

声子晶体夹层板结构的隔声性能研究

格栅夹层板材料由于其拥有耐冲击性能良好、比强度大和比刚度高等优点,已在实际工程中得到了广泛的应用。虽然格栅夹层板结构在高频段具有优良的隔声性能,但在中低频段受质量定律的限制,使得其隔声性能并不理想。声子晶体作为一种周期性的结构,因其特殊的带隙特性,使特定频率的弹性波无法在结构中传播,因而具有优良的抑制噪声传播的性能;将声子晶体结构与夹层板结构相结合,设计了一种在设定频率范围具有优良隔声性能的声子晶体夹层板结构。通过数值仿真和结构模型的试验,验证了该设计的声子晶体夹层板结构具有优良的隔声性能。     

水下多孔吸声材料夹层板隔声分析

利用结构弯曲波法,并结合Biot理论和Bolton多层板理论,推导了水下多孔吸声材料夹层板的隔声量理论计算公式,分析了（Binding-Binding,BB）型、（Binding-Unbinding,BU）型和（Unbinding-Unbinding,UU）型三种结构的隔声性能。将入射域、辐射域和中间空腔域中的声波以相应的速度势函数形式表达,多孔吸声材料的传声过程采用Biot理论和Bolton理论描述,再结合相应模型的边界条件,即可求解出结构的理论隔声量。在BB型、BU型和UU型三种模型中,UU型的隔声性能最好,BB型的隔声性能最差。夹层板中多孔吸声材料能有效避免空腔驻波共振的发生,并能显著提高结构高频的隔声性能。多孔吸声材料厚度和空腔空气层厚度的增加,能有效地促进结构的隔声性能。     

饱和多孔介质板的吻合频率和临界频率分析

板结构在隔声设计中应用广泛,而临界频率和吻合频率与板结构的声辐射和隔声性能有着密切的联系。从吻合效应产生的机理,形成吻合效应的条件出发,基于含液饱和多孔弹性薄板的振动控制方程,通过理论分析得到了饱和多孔薄板吻合频率和临界频率的计算公式。作为数值算例,对含液饱和多孔板的吻合频率和临界频率进行了参数分析。讨论了饱和多孔板的吻合频率随板厚、孔隙率、入射角和渗透系数的变化规律,并比较了不同孔隙率下饱和多孔板和弹性板的吻合频率随厚度和入射角的变化。结果表明,弹性板的吻合频率远远大于饱和多孔板的吻合频率,它们的吻合频率随厚度、入射角的增大而减小,随孔隙率的增大而增大,而渗透系数对吻合频率几乎没有影响。     

声波由粘弹性介质向流体介质入射情况下的声反射分析

在研究含腔体的结构的声学特性时,会遇到声波从粘弹性介质向流体介质入射的情况。主要研究了声波从粘弹性介质向流体介质斜入射情况下的声反射特性,分析表明：反射声波中有横波和纵波同时存在,纵波声压反射系数随入射角度的增大逐渐增大,横波的声压反射系数随入射角度的增加先增大后减小,在垂直入射时只有纵波,而没有横波存在。这些结论为进一步研究带空腔结构的声学特性打下了基础。     

橡胶芯夹层板隔声特性研究

基于夹层板的Hoff理论和声学反射、透射和辐射机理，建立了声振理论模型，结合模态函数的正交性及流-固耦合边界条件求解了声振耦合系统方程。再根据声场的特性，建立了混合声场下夹层板的隔声量表达式。最后，用数值方法研究了芯层的损耗因子、厚度、弹性模量，以及平面尺寸对夹层板隔声量的影响，对工程应用有一定的参考价值。     

波纹板的隔声特性研究

应用模态展开方法研究单层正弦波纹板在简支边界条件下的声传递损失特性。首先把正弦波纹板等效为正交各向异性平板，建立正交各向异性平板的声振方程。基于同一模态函数基，利用Galerkin方法由速度连续条件求得系统的声振响应，得到波纹板结构声传递损失的解析表达式。通过计算结果与已有的实验数据比较，表明文中方法比波传递方法能够更好地预测波纹板结构的中低频段声传递损失特性。最后研究波纹板结构参数（包括板厚、入射角、方位角以及损耗因子等）对隔声特性的影响。     

基于板梁组合理论的正交加筋板声振特性分析

基于板梁组合理论,建立了正交加筋板声透射计算模型,并分析了正交加筋板的声振特性.将加强筋视为平板的动反力及动反力矩,引入到平板振动方程,得到了正交加筋板声振方程;利用空间谐波展开法及虚功原理,得到了正交加筋板透射损失和平均振动速度级表达式.在此基础上,首先研究了单向加筋板的隔声性能,理论结果与已有计算结果取得了很好的一致,验证了模型的有效性;并进一步研究了正交加筋的声振特性.研究表明,正交加筋板对垂直入射声波的隔声效果最好;增大加强筋惯性矩可提高其低频段透射损失;增大加强筋间距可提高正交加筋板的低频段振动响应,却降低了其低频透射损失,总体而言,增大加强筋间距可改善结构的整体隔声性能.     

水下覆盖层结构的声学特性分析

根据波动理论应用分层分析的方法得到了不同入射角度、不同背衬情况时声波在水下覆盖层结构中的吸声、反射系数以及透射损失等,并数值计算了不同入射角度下三种背衬条件下的透射损失,分析表明:声波垂直入射时透射损失性能最差;水背衬时水下覆盖层结构的透射损失低频时很小,中高频时急剧增加;单壳背衬低频时壳体本身起主要的吸收作用;中高频时水下覆盖层结构的吸收作用逐渐明显;双层壳背衬时其透射损失频响曲线出现谐振峰,削弱水下覆盖层结构的声学性能,总体来说,敷设非均匀结构要优于敷设均匀结构。     

碳纤维铝蜂窝夹芯复合结构隔声性能研究

铝蜂窝夹芯复合结构在航空工业、高速列车及汽车车体中得到越来越多的应用,其隔声性能对车内及机舱噪声有重要影响。建立了碳纤维铝蜂窝夹芯复合结构有限单元模型,用有限单元法计算了结构在声载荷激励下的响应,并计算分析了复合结构的隔声性能,分析了碳纤维复合面板厚度、面板层数、铺设角度、铝蜂窝芯层的厚度、铝蜂窝壁厚对隔声性能的影响。研究结果表明,面板采用碳纤维复合结构时,在小于1 000 Hz的低频段,相同面板厚度的铝蜂窝复合结构隔声性能比全铝合金材料的铝蜂窝夹芯复合结构有所降低,而且在高频段会出现隔声量更低的隔声低谷;相较于铝合金面板,复合结构的面板采用碳纤维复合材料时,能够实现整体结构轻量化也提高复合结构的隔声性能;各层之间按相对90°铺设时复合结构隔声性能最好;随着面板厚度的增加复合结构隔声性能增加,面板层总厚度不变的情况下,单层面板或者过多的层数都会使复合结构隔声性能降低。     

泡沫铝复合结构传递损失分析

泡沫铝作为一种新型功能材料,具有吸声、减振的优良性能。将泡沫铝材料与基板组合成复合结构,分析该复合结构的隔声性能,与该复合结构的传递损失计算方法。用数值计算分析不同厚度的泡沫铝对复合结构的传递损失的影响,并进行实验验证。结果表明,双层复合板传递损失的实验值与理论预测吻合性较好,泡沫铝层厚度对复合结构的传递损失影响较大。     

两边支撑声学超材料板的低频宽带隔声性能研究

以电力变压器低频隔声为应用背景,提出了一种结构简单轻质的局域共振声学超材料板,它由在两边支撑框架上紧密粘贴高分子聚合物薄板制成,相比四边支撑超材料板,其具有更加优越的低频隔声能力。在声波垂直入射条件下,采用有限元仿真对其隔声特性进行研究,结果表明在248 Hz处出现了一个明显的隔声峰,隔声量达到了31 dB。为拓宽低频隔声频带,在超材料板上布置质量块,仿真结果表明在152~560 Hz范围内出现了三个密集的隔声峰,最高隔声量达26 dB,从而一定程度上实现宽频隔声效果;同时在120 Hz处出现了一个隔声量为18 dB的隔声峰。最后搭建了基于小型箱体的隔声实验平台,可以发现实验测试结果与仿真结果具有较好的一致性,从而验证了轻质声学超材料板良好的低频宽带隔声性能,说明了两边支撑声学超材料板具有广阔的工程化应用前景。     

Influence of beam polarisation in laser bending process

Abstract

In this paper, the influence of beam polarisation in the laser bending process was experimentally studied. Based on the laser beam polarisation, the laser absorption of the metallic specimen could be enhanced by increasing the incident angle. The bending angles are achieved in stainless foil specimens without absorptive coatings, and larger bending angles can be produced by single laser scanning with higher incident angles. Multipass laser bending experiments were also carried out on the same material with graphite coatings. The results show that the bending angle per pass is affected obviously by the beam polarisation at lower laser line energy; and the bending angle per pass increases significantly when the total bending angle is large enough. When using polarised light, the laser beam distortion and laser absorption change induced by the variation of the absorptive coatings and laser incident angle are the two main factors that affect the coupled laser energy. The bending rule is the synthesis effect of the two factors.     

薄膜声学超材料降噪性能分析及设计

为了提升薄膜型声学超材料的隔声性能,首先采用模态叠加法和遗传优化算法实现一种反射型薄膜声学超材料单胞多参数结构优化设计;然后为了拓宽薄膜声学超材料单胞结构的隔声带宽,进一步提出一种能够实现低频宽带吸声的十字型薄膜声学超材料。结果表明:采用经过优化所得的反射型薄膜声学超材料可有效提高隔声带宽和离散频率的隔声量;并且十字型薄膜声学超材料单胞在510 Hz至820 Hz频带范围内平均吸声系数达到0.884,从而突破了薄膜声学超材料单胞仅在共振频率附近的窄带内具有优异吸声性能的限制。     

防火墙总成特性对汽车声学包性能影响

防火墙总成包括防火墙钣金件、内外前围饰件组合而成。内前围是整车声学包中最主要的内饰件之一,主要用于隔绝和吸收发动机中高频噪声传递。内前围需要具有足够高的吸隔声性能,以隔绝发动机噪声的传递及减小车内混响时间。不同的内前围结构形式和材料特性会对其吸隔声性能起到重要的作用,防火墙过孔及内前围安装工艺特征会直接影响到内前围的吸隔声性能,其结果是质量大（理论上具有较高隔声性能）的内前围在实际状态下并不能起到好的效果。结合理论和仿真分析内前围不同结构形式、不同覆盖面积、不同泄漏水平对声学包性能的影响,并通过防火墙隔声量测试验证分析结果。该结论可为防火墙总成设计及整车声学包设计优化提供指导与参考。     

高速列车车体轻量化层状复合结构隔声设计

随着高速列车车体结构轻量化的发展,层状复合结构车体在高速列车上得到广泛应用,提高层状复合结构的隔声性能,是高速列车减振降噪的关键技术。基于传递矩阵法,建立"铝板+多孔材料层+空气层+碳纤维增强板"的典型高速列车层状复合结构车体隔声计算分析模型,并分析多孔材料和空气层对层状复合结构车体隔声性能的影响。结果显示,混响声场激励下,在铝板和碳纤维增强版之间仅增加空气层只能提高车体结构高频隔声量,低频部分会由于"板-空气-板"的系统耦合共振,形成显著吻合谷,导致其隔声性能在吻合谷频率处大幅下降。对此,利用多孔材料吸声原理,提出在空气层中增加吸声材料层,抑制隔声吻合低谷,通过优化设计,得出"铝板+空气层+吸声材料+空气层+碳纤维增强板"的优化结构形式,在实现车体轻量化目标同时,可有效提高其隔声性能。     

传递矩阵法分析复合材料层合板的传声损失

为了得到不同频率下正交各向异性复合材料层合板的传声损失,基于传递矩阵的方法,推导出层合板的传声损失计算公式。通过建立复合材料层合板的传声计算模型,研究了层合板铺设角度、板厚度和板密度等结构参数对层合板的传声损失影响。计算结果表明：复合材料的密度与传声损失之间没有明显的线性关系,而是随着频率的增加而上升;层合板的总厚度越大,传声损失也越大,而且各层之间厚度不同,也会引起传声损失的较大改变;层合板铺层角度越大,传声损失也越大。采用传递矩阵法能充分考虑复合材料层合板的铺设方式和铺层角度等因素的影响,利用层合板层间的速度和应力连续边界条件,准确的反应复合材料层合板隔声性能。