孔截面变化对厚微穿孔板吸声性能的影响

传统的微穿孔板要获得较佳的吸声性能,需要较小孔径的微孔(<0.3mm);在穿孔率不变的情况下,增加板厚,那么板的吸声性能将下降。为了避免这个问题,提出一种新型的微穿孔板结构——变截面微穿孔板。与传统微穿孔板不同,它的微孔的截面积沿其轴向不是恒定的,而是在轴向的一定位置发生突变,从而板存在孔径差异较大的两部分。在马大猷的理论基础上,分析了变截面微穿孔板的吸声特性,并利用传递函数法,通过阻抗管进行了实验。分析和实验结果显示,变截面微穿孔板的吸声性能主要由孔径较小的部分决定,孔径较大的部分主要是增加了板的厚度,对板的吸声性能贡献较小;因此,通过变截面的方法,在增加板厚的同时也能使板维持在较佳的吸声性能水平。

提出在薄微穿孔板微孔中穿入铜纤维的结构,有效拓宽薄微穿孔板的吸声频带,提高吸声系数,使微穿孔板吸声性能在中低频得到很大的提高。研究结果表明,样品直径为100mm,29mm,穿孔直径为1mm,厚度2mm,穿孔率为3%的微穿孔板,穿入铜纤维的直径为0.13mm,穿入铜纤维为3和4根时,在100hz~1600hz内,共振吸声系数α0达0.99;穿入7至9根时,吸声频带可拓宽1000hz以上;随着穿入纤维数量的增加,吸声频带显著向低频移动,当穿入11根时,移动幅值为464hz。

厚微穿孔板因其板厚增加而无法达到如薄板的吸声性能,为拓宽厚微穿孔板的有效吸声频带,以10mm厚环氧树脂基微穿孔板为研究对象,在孔中穿入超细不锈钢纤维并用阻抗管法测量其吸声特性,研究结果显示,超细不锈钢纤维能有效拓宽厚微穿孔板的吸声频带,当钢纤维穿入率为50%,每孔钢纤维用量为0.75mg时,吸声系数大于0.5的吸声频带为392-1168hz,而无纤维微穿孔板的吸声频带为530-1076hz。

对穿孔板吸声结构的声学特性进行了理论分析与计算。讨论了穿孔板吸声结构的共振吸声原理,基于对穿孔板吸声结构声阻抗的讨论,分析了穿孔率、空腔深度、板厚、孔径等参数对吸声性能的影响,为穿孔板吸声结构的工程应用提供了依据。针对某工程机械风冷系统噪声突出这一现象,专门为风冷系统设计了穿孔板吸声结构,大幅度降低了该机风冷系统的噪声,也使该机的驾驶环境噪声得到了有效控制。

在穿孔板结构设计中,蜂窝芯夹在两层金属穿孔面板之间,主要增加了板的刚性,同时一定程度上提高了其低频吸声系数;板后吸声薄层增加了穿孔吸声板的声阻,拓宽其吸声频带宽度,提高了吸声效果。本研究通过测试穿孔板结构的吸声系数,研究了不同结构参数(主要是穿孔板的厚度、穿孔率等)及板后空腔深度对其性能的影响。实验表明,吸声薄层的加入及板后空腔的设计,使蜂窝穿孔金属吸声板具有较宽的吸声频带、理想的共振频率、较高的吸声系数,特别是对船艇机舱噪声辐射峰值具有良好的吸声效果。

采用aml语言开发了一套微穿孔板吸声体的声学软件。该软件初始参数选择灵活,分析结果直观明了,为用户提供操作简单的界面,从而进一步提高微穿孔板设计效率和准确性,并对工程应用有一定的帮助。

微穿孔板共振吸声结构在噪声控制上有着优异的表现,受到广大科研人员的关注。笔者介绍了近年来与微穿孔板共振吸声结构相关的理论研究,包括微穿孔吸声结构的吸声特性以及吸声带宽的理论极限;探讨了微穿孔板和超微孔板的制造技术及这些技术的优缺点;分析了组合微穿孔结构的相关理论计算及试验仿真。在总结前人研究成果的基础上,指出了微穿孔板共振吸声结构在理论研究和实际应用中存在的问题,并对该研究领域的发展趋势做了展望。

提出用微穿孔板进行主动吸声的方法。用微穿孔板作为主动吸声的材料,检测出入射声波的频率,得到微穿孔板的共振频率,从而得到微穿孔板背后空腔的深度,移动微穿孔板背后的刚性壁以满足空腔深度的要求,使得吸声系数达到最大,从而达到主动吸声的目的。最后,进行了数值计算与实验,计算结果与实验结果能很较好的吻合,说明了该主动吸声方法的可行性。

简述了马大猷教授的微穿孔板基本理论、微穿孔板吸声体在扩散声场以及在高声强环境下的理论要点。比较详细地讨论了30年来与马大猷教授所提理论相对应的实验研究结果及应用发展情况。基于马大猷教授的基本理论,提出了一种新的相关衍生结构——管束微穿孔板。对微穿孔板吸声体的发展趋势做了展望。表明:微穿孔板吸声体将成为新世纪的绿色理想吸声材料。

在介绍马大猷开创的微穿孔板吸声结构基础理论的前提下,综述了微穿孔板吸声结构的理论发展、吸声系数实验测量方法以及微穿孔板吸声结构在实际工程领域的一些应用。最后提出微穿孔板研究发展的方向。

分析不同共振频率的微穿孔板吸声结构并联的结构模型,并计算了其组合吸声系数。理论计算结果与采用sysnoise软件,根据gb/t18696对并联的微穿孔板吸声系数进行仿真实验得到的结果及已有实验数据进行对比。结果表明,该文中并联微穿孔板吸声结构的声阻抗率及组合吸声系数的计算方法是可行的。

提出了在微穿孔板后部引入机械阻抗形成组合结构来解决微穿孔板低频吸声性能差的问题。由机械阻抗板两侧质点速度相同得出机械阻抗单元的传递矩阵,采用传递矩阵法将其与空腔、微穿孔板单元串接,建立组合结构理论计算模型;通过分析品质因子获得带宽与机械阻抗板质量成反比;试验得出组合结构在400hz附近有系数为0.8以上的吸声峰值,试验结果与理论计算吻合。在传统微穿孔板共振吸声机制的基础上加入机械共振,能够实现在不增加结构厚度的前提下提高低频吸声性能;降低机械阻抗板质量并且适当控制边界阻尼系数可以实现吸声频带的拓宽。

微穿孔板吸声结构的声阻抗由微孔的声阻抗和空腔的声阻抗两部分组成,而空腔的声阻抗涉及双曲余切函数的计算。对该函数采用近似计算只适用于空腔距离比较短,频率比较低的情况。通过对双曲余切函数进行泰勒展开,研究空腔的声质量和声顺,获得双层微穿孔板吸声结构的等效电路图。其中第一空腔的声质量与微孔的声质量是串联的。由此进行双层微穿孔板的计算,提高计算精度,并通过实验进行验证。

vol36no.1 feb.2016 噪声与振动控制 noiseandvibrationcontrol 第36卷第1期 2016年2月 文章编号：1006-1355(2016)01-0200-04 管道中微穿孔板吸声结构声学性能测试与分析 吕金磊，彭强，王海锋 （中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点试验室，四川绵阳621000) 摘要：文章采用实验和数值仿真的方法，对影响微穿孔板吸声结构声学性能的设计参数，包括板厚，开孔孔径，开 孔率等进行深入细致的研究。其中实验内容主要在驻波管以及一个管道型的测试平台上进行，驻波管相关的研究内 容用于佐证管道实验的准确性；数值仿真采取一种求极值点的算法，利用这一算法可以绕开对经典方程的求解，而直 接确定微孔的声共振点，也即最大噪声吸收位置，通过共振点附近两条曲线的叠加确定吸声带宽的变化

计算微穿孔板吸声系数时,假设孔间的相互作用可以忽略。计算具有不同直径微孔的穿孔板吸声系数并提高其计算精度,孔间的相互作用不能再忽略。在马大猷、melling(梅尔林)等前人研究的基础上,根据声波辐射和传播原理,分析微孔之间的相互作用,通过修正微孔的实际等效长度,得到计及孔间相互作用微孔板吸声系数模型,并进行理论计算和实验测试。研究结果表明:影响微穿孔板吸声系数除结构参数外,还应考虑孔间的相互作用;计及微孔板各孔间相互作用,能提高共振频率、吸声系数理论值的计算精度,计算值逼近实验测试结果。

扩散吸声结构(diffsorber)能应用于室内外声品质的改善,具有很好的研究意义和应用前景。微穿孔复合二次余数扩散(quadraticresiduediffusers,qrd)结构能显著提高低频吸声性能,但复合对扩散性能的影响未见报道。本论文对qrd结构及其与厚度为0.6mm,穿孔率为1%、2%、3%的微穿孔板复合结构的扩散性能进行测试,通过计算得出相应的反射声能极坐标图和扩散系数。研究结果表明,微穿孔复合qrd结构在中低频特别在结构自身共振频率范围内具有良好的扩散性能,扩散系数在0.8到0.95之间,随着频率增加,复合结构的扩散性能有下降的趋势,同时由于微穿孔板的吸声性能,复合后结构的空间反射声能普遍降低5db左右。

在微穿孔板吸声体理论的基础上,基于电力声类比等效电路法建立了双层串联微穿孔板吸声体理论分析模型,分析了双层串联微穿孔板吸声体的共振频率ωs与参数k1、r1的关系。将共振频率ωs与前腔深度d1做为两项设计指标,结合单层微穿孔板吸声体的设计方法,提出了一种双层串联微穿孔板吸声体的设计思路,简化了设计工作。

为了研究加工误差对微穿孔板吸声性能的影响,该文以微穿孔板理论和电声等效电路原理为基础,建立了考虑加工误差时,微穿孔板吸声的理论模型,数值分析了微孔尺寸成正态分布和平均分布两种形式时,微穿孔板吸声性能的变化情况。研究发现,当存在加工误差时,微穿孔板的吸声峰和吸声带宽都略有减小。

用自行研制的ｅｐｒ改性ｐｐ基阻燃泡沫材料制成微穿孔板，研究其吸声特性及规律，并与ｅｐｒ改性ｐｐ基阻燃非泡沫材料微穿孔板进行对比。结果表明，泡沫材料微穿孔板吸声体在中、低频率区域的最大吸声因数可达０９８以上；在１２５～２０００ｈｚ范围内平均吸声因数可达０５２以上。

建筑物,特别是高级民用建筑,其室内装饰材料,多年来,往往使用胶合板。由于声学功能的需要,又用穿孔胶合板(包括空腔内填放吸声材料)。如此装修,施工简单,朴实庄重。但所有工程皆此做法,色彩又没有变化,故显得沉闷,单调无味。结合我院八十年代援建的埃及开罗国际会议中心工程,试用无纺针剌毡加穿孔板复合结构,进行室内装修。本文介绍该材料的吸声性能和特点,以供参考。

无纺针刺毡,穿孔板结构吸声性能评述

本文对dam复合型阻尼吸声穿孔板吸声性能进行了较为系统的研究，讨论了填充吸声材料，b腔厚度，阻尼穿孔板孔径，穿孔率对吸声性能的影响。理论与试验结果的一致性，对确定dam复合型阻尼吸声穿孔板结构具有重要的指导意义。