基于高斯展开法的周期声学黑洞宽频能量回收特性研究EI北大核心CSCD

声学黑洞(acoustic black hole,ABH)效应是遵循幂变规律对梁或薄板结构的厚度进行剪裁,使弯曲波在结构尖端波速降至为零而无法发生反射的现象,从而能够在结构末端实现能量的聚集与高效回收。针对单一声学黑洞结构在实现峰值回收时对外界激励频率敏感的问题,提出基于周期声学黑洞的宽频压电能量回收系统。首先,基于高斯展开法,建立了耦合压电层的声学黑洞压电俘能半解析模型,并在频域范围内结合能带理论分析了周期数、幂指数、中心截断厚度以及黑洞半径对能量回收特性的影响;最后,通过压电能量回收试验,验证了周期声学黑洞对于实现宽频能量回收的有效性。研究结果表明:声学黑洞的各结构参数会通过影响峰值个数、峰值区间长度以及能带结构等因素,对系统的输出功率以及采集效率产生影响。分析结果对实现周期声学黑洞梁的宽频能量回收优化设计具有重要的参考价值。     

多层复合结构的隔声屏设计

位于城区的发电厂干煤棚产牛的噪声严重影响了周围居民的日常生活，急需采取相应措施进行治理。作者结合干煤棚的实际情况和治理要求，灵活采用其有吸声能力的多层复合结构隔声屏，取得了很好的隔声、吸声效果，可为相关工程提供参考和依据。     

二维声学黑洞应用于压电振动能量收集

声学黑洞(acoustic black hole, ABH)效应可以产生强烈的能量集中,能够将高频率低振幅的低品质振动能量转化为高振幅的高品质振动能量,从而便于利用。提出并研究了一种环形二维声学黑洞压电能量收集装置。有限元分析结果表明,环形二维ABH结构能在宽频域内显著提高能量收集效率。搭建了环形二维声学黑洞压电能量收集器试验测试平台,通过试验验证了仿真结果的正确性。与经典二维ABH结构相比,环形二维ABH结构具有更好的能量收集效率和结构强度。分析了压电片几何尺寸等因素对装置能量收集效率的影响,得到了能获得较高输出功率的几何尺寸范围,并进行了正交试验设计,研究了截断厚度、压电片尺寸、中央平台直径、幂指数等多因素的综合影响。     

声学黑洞环在导弹级间减振隔冲中的应用研究

在导弹系统中,发动机及火工品产生的振动和冲击会严重影响战斗部的打击精度和可靠性。采取有效的减振隔冲措施至关重要。声学黑洞(acoustic black hole, ABH)作为一种新型的波操纵技术,利用结构阻抗的变化,使结构中传播的波相速度和群速度发生变化,在结构局部区域实现波的聚集,借助少量阻尼即可高效地将能量耗损。该方法具有高效、轻质、宽频等优点,为结构动力学控制提供了新的思路,具有较强的潜能和应用前景。针对导弹系统的振动冲击问题,提出了基于ABH效应的级间减振隔冲环(简称：ABH环)设计方案,以提高装备的打击精度及任务可靠性。运用有限元仿真方法研究了ABH环的动态特性,分析表明其具有良好的能量转移与耗散能力。建立了ABH环结构-战斗部模拟模型,通过模拟飞行过程的随机振动以及级间分离等冲击作用,对系统响应特性进行了分析并评估抑制效果。结果表明,所提ABH环应对复杂动载荷工况时具有较好的减振隔冲效果：降低幅值增加衰减速率。该研究既为导弹减振隔冲提供了思路,又有效扩宽了声学黑洞新技术的应用范围。     

斜入射水下复合结构隔声特性研究

基于无限大弹性体和粘弹性体的波传递理论,采用传递矩阵的方法,对斜入射情况下的透射系数和隔声量进行了理论推导,考虑了声波在橡胶中传播所产生的剪切力,并就单层复合结构的隔声性能进行了详细的研究,进而也分析了多层复合结构的隔声性能.分析表明:软质阻尼材料能明显改善结构的隔声性能;相对来说入射角度和材料的厚度对隔声性能的影响比较复杂;而对于多层复合结构而言,面层橡胶的选取尤为重要,一般采用软质橡胶材料来得到大的隔声量.     

复合阻尼钢板的隔声特性与应用

阻尼钢板具有优异的隔声性能。主要在声透射损失的实测与理论计算中表现出以下特性：·它能抑制高频的吻合效应与低频共振。·它能使吻合频率向高频方向移动，越出乎常机械噪声的适用范围。·多层阻尼钢板的传声损失可更为减少。一、复合阻尼钢板的隔声特性1．抑制高频的吻合效应普通钢板具有较高的隔声性能，它符合质量定律。但有一个重要问题，在高频段会出现吻合效应。在某些情况下起不了隔声作用，反而放大了。阻尼钢板也符合质量定律。其特点可大大抑制吻合效应，使隔声性能大为提高。这是由于阻尼钢板是两层复合而成。单位面积质量大…     

含周期声学黑洞梁的板架结构振动特性

声学黑洞结构通过使结构厚度按幂率渐变,改变结构阻抗从而调控弯曲波在结构中的波长和波速,可实现能量在黑洞区域的聚集和耗散。目前关于声学黑洞结构的研究主要是针对嵌入式声学黑洞,基于周期声学黑洞结构在部分频带良好的减振特性,将带阻尼层的周期声学黑洞梁贴敷在薄板上,提升薄板的减振效果并起到加强板刚度的作用。采用有限元法研究带周期声学黑洞梁的板架结构的减振效果,并将其基于敷设阻尼层和黑洞梁材料进行对比分析。结果表明,含声学黑洞梁能明显削弱振动速度传递响应,较好抑制板的振动;敷设阻尼层能增强对板减振效果,且适当增加黑洞梁数量能提升结构抑振性能;钢质梁较铝质梁刚度更大,能进一步增加板架结构的抑制带宽和增强抑制效果。     

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。     

基于复合弹性质量块薄膜声学超材料低频隔声性能研究

传统薄膜声学超材料(Membrane-type Acoustic Metamaterial,MAM)的研究往往忽略了附加质量块与薄膜之间的弹性连接对其隔声性能的影响。为了考虑这种影响,在传统结构的基础上设计三种基于复合弹性质量块的新型MAM结构形式。采用集总参数法推导弹性层刚度变化对传统结构及三种新型结构的固有频率的影响规律。通过三维有限元模型分析四种结构的隔声性能并验证其负物理特性,明确优化结构形式。针对优化结构形式,通过数值模拟进一步详细讨论弹性层结构参数及其相关参数对声传递损失(Sound Transmission Loss,STL)和特征频率的影响规律。研究表明：弹性层的加入不会改变MAM结构的模态振型,但可以降低结构的前四阶固有频率。在总附加重量和总预应力相同的情况下,随着弹性层弹性模量和半径的减小,或弹性层高度的增加,STL峰值向较低频率移动,但STL峰值变化不大。     

多层周期性结构隔声特性的试验研究

根据固体物理学的周期性结构的能带理论,通过试验研究多层周期性结构的隔声特性.并利用频谱分析技术对多层周期性结构与非周期性多层结构进行分析,试验和分析表明:多层周期性结构呈现出声子禁带的隔声特性.     

约束型复合阻尼隔声板的隔声性能及其应用研究

约束型复合高阻尼隔声板具有良好的隔振、隔声性能,特别适用于对隔声结构的厚度有苛刻要求的场合。对影响约束型复合高阻尼隔声板主要结构参数的研究,有利于指导其设计、制造和应用选择。根据对约束型复合高阻尼隔声板隔声计算模型的计算与实验表明,当隔声板的面积减小时,其低频隔声量会随之增加;当隔声板阻尼层的厚度等量递增时,其隔声量也近似等比例地提高;当面板材料的弹性模量较小时,隔声板的低频和高频的隔声量都会变差;当隔声板阻尼层剪切模量较高时会导致隔声量偏低。     

低温环境下复合材料飞机壁板结构隔声特性研究

环境温度变化影响复合材料壁板的隔声性能,关系到飞机舱内噪声水平,是一个亟待研究的问题。文章开展常温和低温状态下的隔声建模方法研究,然后搭建常温和低温环境下的复合材料壁板结构隔声性能测试系统,实测结果和数值计算结果基本一致。最后通过大量隔声试验,获得复合材料壁板低温环境下的隔声性能特点,进一步分析温度从-40℃~40℃变化时复合材料壁板在50～10 000 Hz 1/3倍频程的隔声规律。试验结果表明,在中心频率为50~500 Hz时,复合材料壁板在低温环境下的隔声性能总体好于常温下的隔声性能,且温度对壁板隔声量的影响较大。     

声学黑洞吸声体结构吸声性能的实验研究

通过在圆管内部布置圆环,使得管道的有效导纳沿轴向逐渐增大,从而实现管道的声学黑洞效应,即声波传播时声速逐渐减小至 0,不发生反射的现象,进而使声学黑洞吸声体成为宽带吸声结构。首先对声学黑洞吸声体的吸声性能进行理论分析,随后设计了不同尺寸的声学黑洞吸声体结构,通过实验研究声学黑洞吸声体物理参数对吸声性能的影响。实验结果表明,当圆环数量大于 20 时,声学黑洞吸声体结构能实现宽带吸声。当圆环数量相同时,有效吸声频带随着管道长度的增大向低频移动;当管道长度相同时,吸声性能随着圆环数量的增加而提高。     

分布式通风隔声罩的设计和效果研究

针对动力设备同时满足降噪和散热的需求,提出一种周期分布式结构的通风隔声罩。隔声罩的罩壁内嵌通风消声单元,声波衰减的同时,气流可顺利通过罩壁进行耗散。介绍了分布式通风隔声罩的设计,并对其隔声性能进行了理论计算。通过分布式通风隔声罩对三种不同设备的插入损失分别进行了实际测量和分析。研究结果表明,在通过频率以上,隔声罩插入损失的计算值和实测值吻合较好,分布式通风隔声罩在其通过频率以上具有良好的隔声效果。该分布式通风隔声罩的有效降噪频率可根据不同声源的频率特性进行专一设计,适用于各种需要通风散热的设备的隔声。     

柔性吸声隔音降噪纺织复合材料

柔性吸声隔音降噪纺织复合材料由于能够提供比传统纺织品更宽的吸声域,比传统降噪材料轻薄、柔软、透气和易加工而备受关注。开发基于纺织材料的聚合物复合材料是近年来噪声控制领域的热点研究方向之一。本文从新型纤维、降噪功能填料和柔性降噪纺织复合材料3个方面综述了国内外柔性吸声隔音纺织品的研究进展,并归纳总结了柔性降噪纺织品的制备方法,进一步对柔性吸声隔音降噪纺织品的发展趋势进行了展望。     

噪声敏感建筑隔声与声舒适性要求

住宅声学性能将在心理、生理和社会上影响住户,声学舒适性是高要求敏感建筑设计和施工中的重要考虑因素。文章对比分析了中国和欧美等国家隔声指标和要求的差异,发现国内住宅空气声隔声指标比国外的指标要求低4～10 dB;楼板撞击声压级比国外的要求高3～25 dB,最大偏差达到-25 dB。考虑到城市化进程的不断推进,城镇居住密度和容积率的不断增大,以及多高层居住建筑的大量应用,以预期满意度50%～67%为目标,建议住宅声学设计标准在现有的标准和规范基础上提高5 dB左右,以期改善住宅的声学品质和住户的声学满意度,而后期开展相应的声学社会调查,改善居住声学环境是十分必要的。     

玻璃纤维复合材料板隔声性能的研究

选择树脂基玻璃纤维复合材料板,测量其辐射效率和损耗因子,研究纤维排布方式及纤维用量的影响,结果表明,纤维正交和单向铺设对玻璃纤维板辐射效率的影响基本相同,纤维的用量在10%~70%变化时,也没有明显的变化;对损耗因子的影响,在160~1000Hz范围内,单向玻纤复合材料板的阻尼比正交排布的低,而在2000~8000 Hz范围两者基本相同的。在中低频范围内,正交排布比单向排布对阻尼的影响更加显著。通过测试复合材料和金属铁的隔声量,在160~8000Hz范围内,玻璃纤维复合材料板没有出现隔声谷。提出纤维复合材料板中纵波波速公式,计算复合材料板的隔声量,与测量结果吻合良好。     

五星级酒店客房分户墙的常用做法和隔声特性

五星级酒店客房对私密性要求非常高,客房之间分户墙的隔声效果是业主和客户最关心的问题。根据五星级酒店国家规范和多家管理公司的隔声要求,通过软件模拟计算和部分墙体实测,系统地对比分析了多种类型墙体在不同结构参数条件下的隔声特性,总结得出不同墙体类型下满足隔声量要求的客房分户墙的几种做法,供酒店业主、管理公司和声学顾问参考。     

不同构造参数双层窗隔声性能试验研究

通过试验研究玻璃构造形式与规格、开启方式与密封形式、双层窗间距及窗框型材对双层窗隔声性能的影响,分析得出:玻璃构造形式与规格对双层窗的计权隔声量影响较小,其空气声隔声量频率特性曲线相近,低频共振频率主要出现在160~250 Hz范围;外平开/内推拉形式双层窗的隔声性能与双平开形式双层窗相当,均显著优于双推拉形式双层窗,且推拉窗采用包覆式密封条替换普通毛条,对提升外平开/内推拉形式双层窗的隔声量有一定效果;在相同条件下,当两层窗之间的间距大于90 mm时,双层窗构件的计权隔声量相近,隔声性能优于间距为80 mm的双层窗。     

基于大涡模拟和Lighthill声类比的孔腔流动发声特性研究

孔腔流动发声是气动声学研究领域重要的课题,基于大涡模拟和Lighthill声类比方法,探讨了气体在孔腔流动的流激噪声的发声特性。模拟结果表明,孔腔边界层出口剪切涡、边棱处涡街和腔体内反馈涡的运动诱导了孔腔发声,具有明显的偶极子特性,在高频段腔体内激发了声学驻波模态。通过模拟与实验对比分析了不同流量下噪声量级以及频谱分布规律,研究结果表明:24 kHz以下的声频谱会表现出波峰小范围迁移;24 kHz以上频率对应的声压级随流量增大而增大;腔体长度和特征频率近似满足Strouher公式,即声频特征频率随腔体长度的增大而减小。上述研究结果为下一步设计在线监测安全阀泄漏的报警超声波发声器提供了理论依据。