雙層穿孔板共振器的非線(xiàn)性聲學(xué)特性研究

使用有限元法計(jì)算穿孔板的聲學(xué)厚度修正系數(shù),研究穿孔率、穿孔板厚度、孔徑和穿孔排列形式對(duì)聲學(xué)厚度的影響,獲得了穿孔率低于40%的穿孔板的聲學(xué)厚度修正系數(shù)。計(jì)算結(jié)果表明:穿孔板厚度、孔徑和排列形式對(duì)聲學(xué)厚度的影響不大;穿孔率對(duì)聲學(xué)厚度影響很大?；跀?shù)值計(jì)算結(jié)果給出了聲學(xué)厚度修正系數(shù)的近似表達(dá)式,利用由該表達(dá)式形成的穿孔聲阻抗公式計(jì)算了穿孔管消聲器的傳遞損失,計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好,從而驗(yàn)證了應(yīng)用該表達(dá)式預(yù)測(cè)穿孔管消聲器消聲性能的準(zhǔn)確性。

微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)以其眾多的優(yōu)點(diǎn),在噪聲控制領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。因微穿孔板結(jié)構(gòu)中涉及大量的參數(shù),在穿孔板層數(shù)較多時(shí),用聲電類(lèi)比法或試驗(yàn)的方法研究微穿孔板結(jié)構(gòu)的吸聲性能將變得非常復(fù)雜。傳遞矩陣法尤其適于多層結(jié)構(gòu)的分析,且易于用計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)。文章推導(dǎo)了用傳遞矩陣法計(jì)算微穿孔板結(jié)構(gòu)聲學(xué)性能的計(jì)算公式,并與用聲電類(lèi)比法計(jì)算的結(jié)果、試驗(yàn)測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比,結(jié)果顯示,傳遞矩陣法是可以作為微穿孔板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一種簡(jiǎn)單而有效的參考方法。

雙層微穿孔板與共振性復(fù)合消聲器_卞仁寰

根據(jù)微穿孔板吸聲理論,采用理論分析和仿真的方法,著重討論微穿孔板在溫度梯度下的聲阻抗、共振頻率和吸聲系數(shù)等聲學(xué)特性,分析其受溫度影響變化的機(jī)理,得到微穿孔板吸聲效果受溫度變化影響的規(guī)律及其仿真結(jié)果。分析表明:溫度升高時(shí),相對(duì)聲阻將變大,相對(duì)聲質(zhì)量變小,共振頻率變大,頻帶寬度增寬,吸聲系數(shù)在某一溫度處有一最大值1,偏離該溫度吸聲系數(shù)均遞減。

對(duì)帶有吸聲材料的復(fù)合穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的聲學(xué)特性進(jìn)行了研究與計(jì)算,比較了吸聲材料緊貼穿孔板和吸聲材料緊貼剛性壁時(shí)吸聲結(jié)構(gòu)的吸聲性能,分析了吸聲結(jié)構(gòu)的參數(shù)對(duì)吸聲性能的影響,為穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用提供了參考依據(jù)。將復(fù)合穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)應(yīng)用到工程實(shí)際中,取得了良好的降噪效果。

采用aml語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了一套微穿孔板吸聲體的聲學(xué)軟件。該軟件初始參數(shù)選擇靈活,分析結(jié)果直觀(guān)明了,為用戶(hù)提供操作簡(jiǎn)單的界面,從而進(jìn)一步提高微穿孔板設(shè)計(jì)效率和準(zhǔn)確性,并對(duì)工程應(yīng)用有一定的幫助。

文章對(duì)穿孔板背面緊貼吸聲薄層時(shí)的聲學(xué)特性進(jìn)行了理論分析與計(jì)算,并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果作出比較。理論與實(shí)驗(yàn)都表明,當(dāng)穿孔板背后緊貼吸聲薄層后,由于穿孔末端增加的附加聲阻,將會(huì)顯著提高穿孔板的吸聲效果,同時(shí)拓寬吸聲頻帶寬度。

穿孔板結(jié)構(gòu)在水下有著非常廣闊的應(yīng)用前景,但是目前相關(guān)的研究報(bào)道非常少?；诳諝庵写┛装逦暲碚?綜合考慮小孔的末端修正,給出了較為準(zhǔn)確的水下穿孔板聲阻抗表達(dá)式。利用傳遞矩陣法分析了水下穿孔板結(jié)構(gòu)的聲壓透射特性,得到了垂直入射聲壓透射公式。對(duì)影響穿孔板結(jié)構(gòu)透聲性能的主要因素進(jìn)行了詳細(xì)的仿真分析,得到了一些重要的結(jié)論。采用四傳感器測(cè)量方法在駐波管中對(duì)自制的穿孔板結(jié)構(gòu)進(jìn)行了測(cè)試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析基本一致,從而驗(yàn)證了理論分析的正確性。本文為水下穿孔板結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了詳細(xì)的理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

傳統(tǒng)的微穿孔板要獲得較佳的吸聲性能,需要較小孔徑的微孔(<0.3mm);在穿孔率不變的情況下,增加板厚,那么板的吸聲性能將下降。為了避免這個(gè)問(wèn)題,提出一種新型的微穿孔板結(jié)構(gòu)——變截面微穿孔板。與傳統(tǒng)微穿孔板不同,它的微孔的截面積沿其軸向不是恒定的,而是在軸向的一定位置發(fā)生突變,從而板存在孔徑差異較大的兩部分。在馬大猷的理論基礎(chǔ)上,分析了變截面微穿孔板的吸聲特性,并利用傳遞函數(shù)法,通過(guò)阻抗管進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,變截面微穿孔板的吸聲性能主要由孔徑較小的部分決定,孔徑較大的部分主要是增加了板的厚度,對(duì)板的吸聲性能貢獻(xiàn)較小;因此,通過(guò)變截面的方法,在增加板厚的同時(shí)也能使板維持在較佳的吸聲性能水平。

微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的聲阻抗由微孔的聲阻抗和空腔的聲阻抗兩部分組成,而空腔的聲阻抗涉及雙曲余切函數(shù)的計(jì)算。對(duì)該函數(shù)采用近似計(jì)算只適用于空腔距離比較短,頻率比較低的情況。通過(guò)對(duì)雙曲余切函數(shù)進(jìn)行泰勒展開(kāi),研究空腔的聲質(zhì)量和聲順,獲得雙層微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的等效電路圖。其中第一空腔的聲質(zhì)量與微孔的聲質(zhì)量是串聯(lián)的。由此進(jìn)行雙層微穿孔板的計(jì)算,提高計(jì)算精度,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

根據(jù)馬大猷的微穿孔板理論,計(jì)算了三層微穿孔板的吸聲系數(shù)。應(yīng)用遺傳算法對(duì)其結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,并對(duì)其吸聲特性進(jìn)行了分析研究,與優(yōu)化后的雙層微穿孔板結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較,結(jié)果表明:經(jīng)過(guò)遺傳算法優(yōu)化后的三層微穿孔板在頻域上能夠獲得更加飽滿(mǎn)的吸聲系數(shù)曲線(xiàn),接近傳統(tǒng)吸聲材料的吸聲性能。并且通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)果。

分析了亥姆霍茲共鳴器的共振頻率特性,導(dǎo)出了穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)吸聲的中心頻率、頻帶寬度、上限頻率及下限頻率的估算公式,為設(shè)計(jì)、制作理想的穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)提供了參考.

在微穿孔板吸聲體理論的基礎(chǔ)上,基于電力聲類(lèi)比等效電路法建立了雙層串聯(lián)微穿孔板吸聲體理論分析模型,分析了雙層串聯(lián)微穿孔板吸聲體的共振頻率ωs與參數(shù)k1、r1的關(guān)系。將共振頻率ωs與前腔深度d1做為兩項(xiàng)設(shè)計(jì)指標(biāo),結(jié)合單層微穿孔板吸聲體的設(shè)計(jì)方法,提出了一種雙層串聯(lián)微穿孔板吸聲體的設(shè)計(jì)思路,簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)工作。

計(jì)算微穿孔板吸聲系數(shù)時(shí),假設(shè)孔間的相互作用可以忽略。計(jì)算具有不同直徑微孔的穿孔板吸聲系數(shù)并提高其計(jì)算精度,孔間的相互作用不能再忽略。在馬大猷、melling(梅爾林)等前人研究的基礎(chǔ)上,根據(jù)聲波輻射和傳播原理,分析微孔之間的相互作用,通過(guò)修正微孔的實(shí)際等效長(zhǎng)度,得到計(jì)及孔間相互作用微孔板吸聲系數(shù)模型,并進(jìn)行理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)試。研究結(jié)果表明:影響微穿孔板吸聲系數(shù)除結(jié)構(gòu)參數(shù)外,還應(yīng)考慮孔間的相互作用;計(jì)及微孔板各孔間相互作用,能提高共振頻率、吸聲系數(shù)理論值的計(jì)算精度,計(jì)算值逼近實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果。

關(guān)于微穿孔板的消聲問(wèn)題,以前的研究工作分別給出了微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的理論和典型試驗(yàn)結(jié)果,以及高流速下的管式微穿孔板消聲器消聲性能。我們這次的研究工作,首先是在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的組合試驗(yàn),以求得在消聲器中實(shí)用的微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)組件;其次,在試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行幾種不同形式的微穿孔板消聲器消聲性能和阻損試驗(yàn),從試驗(yàn)中找出與流速的關(guān)系;最后將幾種不同形式的微穿孔板及微穿

二、消聲器基礎(chǔ)試驗(yàn)(一)試驗(yàn)條件消聲器試驗(yàn)臺(tái)如圖3。聲源采用w-3型風(fēng)機(jī)自身噪聲加白噪聲。所發(fā)出的噪聲,控制在105分貝左右。風(fēng)源即w-3型風(fēng)機(jī)自身氣流,風(fēng)量q=14000米~3/時(shí),風(fēng)機(jī)全壓h=55～60毫米水

變腔深雙層微穿孔板消聲器的研究_彭玉才

高聲強(qiáng)條件下穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)的非線(xiàn)性聲學(xué)特性

文章以馬大猷教授提出的微穿孔板非線(xiàn)性聲阻公式為依據(jù),提出了非線(xiàn)性聲阻作用的臨界條件,并由此進(jìn)行應(yīng)用于高聲強(qiáng)下微穿孔板吸聲體的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)寬頻帶微穿孔板的非線(xiàn)性特性進(jìn)行初步分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

采用聲電類(lèi)比法計(jì)算斜置微穿孔板結(jié)構(gòu)吸聲性能存在誤差。運(yùn)用阻抗轉(zhuǎn)移法計(jì)算斜置結(jié)構(gòu)的吸聲系數(shù),用假想平面將斜置微穿孔板結(jié)構(gòu)離散為若干個(gè)等寬定空腔的吸聲單元,建立簡(jiǎn)化模型,采用阻抗轉(zhuǎn)移計(jì)算每個(gè)吸聲單元的吸聲系數(shù),綜合各單元吸聲系數(shù),獲得整個(gè)結(jié)構(gòu)的吸聲系數(shù)。設(shè)計(jì)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)比較計(jì)算結(jié)果表明,采用阻抗轉(zhuǎn)移法計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合良好,聲電類(lèi)比法計(jì)算結(jié)果偏離實(shí)驗(yàn)結(jié)果較大。聲電類(lèi)比法采用集中參數(shù)分析,需將空腔聲阻抗進(jìn)行近似,造成誤差;阻抗轉(zhuǎn)移法不存在這一誤差,計(jì)算更合理和準(zhǔn)確。

研究mems穿孔板微執(zhí)行器pull-in特性,分別推導(dǎo)忽略邊緣效應(yīng)模型和考慮邊緣效應(yīng)模型的穿孔板靜電微執(zhí)行器的pull-in機(jī)理,并結(jié)合ansys軟件有限元法計(jì)算同一器件的pull-in參數(shù),分析3種模型結(jié)果。得到:不考慮邊緣效應(yīng)影響時(shí),pullin參數(shù)誤差隨孔大小的減小而增大,隨著初始間距的增大而增大?？紤]邊緣效應(yīng)模型在一定的范圍內(nèi)具有良好的精度。

傳統(tǒng)的聲電類(lèi)比法在單層微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)中的計(jì)算,得到廣泛應(yīng)用,但由于在雙層微穿孔板結(jié)構(gòu)中存在較大誤差,于是提出用傳遞矩陣法對(duì)微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。本文對(duì)比分析聲電類(lèi)比法與傳遞矩陣法在微穿孔板結(jié)構(gòu)模型中的應(yīng)用,從而有效設(shè)計(jì)微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案。