微穿孔板结合机械阻抗复合吸声结构的计算和特性研究

摘要

微穿孔板结构是一种理想的绿色吸声体，在动力机械工程领域有良好的应用前景，这引起越来越多的学者的关注与研究。微穿孔板结构经过优化后能够在中高频获取良好的吸声效果，但是当空腔长度受到限制时，不能进行低频噪声的有效吸收。为了达到理想吸声效果，常采用双层或多层微穿孔板以产生多个共振峰，但是其基本结构只有微孔和空腔。研究在微穿孔板结构的空腔中加入机械阻抗机制，利用机械阻抗的结构薄却能在低频进行共振吸声这一特性，改进微穿孔板的低频吸声情况，使复合结构在整个频带宽度内获取良好的吸声特性。
　　加入机械阻抗后，复合结构中末端空腔的处理是计算结构吸声特性的关键。运用四种不同处理方法对复合结构的末端空腔进行处理，总结出机械阻抗结构分别在这四种处理方法下的声阻抗率，并对其进行讨论分析。以复合结构为研究对象，分别推导出复合结构在各方法下的吸声系数表达式。根据阻尼试验测量计算出阻抗结构的弹性系数、阻尼系数，分别获得复合结构在这四种处理方法下的吸声系数曲线。进行吸声系数的测量，将测量结果与计算结果对比，总结出各种处理方法的优点、适用条件和计算的正确性与便捷性。将空腔Dn等效成空气弹簧时，空气弹簧的弹性系数加在了粘弹性材料固有的弹性系数上，增大了阻抗结构的弹性系数，故共振频率移向较高频。将空腔Dn等效成空气弹簧与等效成声顺的方法在空腔距离较短、频率较低情况下是比较准确。传递矩阵法与阻抗转移法计算均准确，但传递矩阵法计算更便利，尤其在结构层数较多的情况下。
　　吸声结构不仅要有高的吸声系数，还要有宽的吸声频带。探讨品质因子，以获取机械阻抗低频吸声特性的影响因素。在板厚一定的情况下，选定阻抗板的材质及粘弹性材料，分析此时的阻抗板直径对共振频率、吸声带宽的影响;在阻抗板材质及粘弹性材料选定的情况下，控制阻抗板的厚度以保证共振频率固定不变，总结出此时的阻抗板直径对带宽的影响;选定阻抗结构的直径、阻尼系数及弹性系数，通过降低机械阻抗板的质量，从而拓宽吸声频带的宽度，共振频率也随之逐渐移向较高频率。将机械阻抗机制的共振峰设置在两层微穿孔板吸声曲线的耦合处，并做出理论计算及试验验证。微穿孔板结构中加入机械阻抗，本来是用于提高低频吸声，通过研究发现也可用于较高频吸声。
　　将机械阻抗板加进微穿孔板结构的空腔中，合理地选择微穿孔板及机械阻抗板的参数，不仅可以提高复合结构的吸声系数，还能够拓宽其吸声带宽。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 概述

1．2 吸声及吸声结构的基本类型

1．3 微穿孔板的进展及应用

1．3．1 微穿孔板的进展

1．3．2 微穿孔板在动力机械中的利用

1．4 课题的提出及研究意义

1．5 本文研究的主要内容

第二章 微穿孔板理论及复合结构

2．1 微穿孔板理论

2．1．1 等截面刚性管道的声阻抗

2．1．2 空腔的声阻抗

2．1．3 短管的声阻抗

2．1．4 穿孔板的声阻抗

2．1．5 微穿孔的声阻抗

2．1．6 微穿孔的末端修正

2．2 机械阻抗理论知识

2．2．1 机械阻抗和吸声

2．2．2 机械阻抗的声阻抗

2．3 微穿孔板结合机械阻抗复合结构

2．4 本章小结

第三章 复合结构末端封闭空腔的处理

3．1 将空腔Dn等效成声顺

3．2 传递矩阵法

3．2．1 基本声学单元

3．2．2 空腔的传递矩阵计算

3．2．3 机械阻抗板单元传递矩阵计算

3．2．4 机械阻抗结构的传递矩阵计算

3．3 阻抗转移法

3．3．1 阻抗转移公式

3．3．2 末端为刚性的输入阻抗

3．3．3 末端开放的输入阻抗

3．3．4 阻抗结构的阻抗转移公式

3．4 将空腔Dn等效成空气弹簧

3．5 四种处理方法的小结

3．6 本章小结

第四章 复合结构声学性能计算与试验分析

4．1 复合结构计算分析

4．1．1 将空腔Dn等效成声顺计算复合结构

4．1．2 传递矩阵法推算复合结构

4．1．3 阻抗转移法推算复合结构

4．1．4 将空腔Dn等效成空气弹簧计算复合结构

4．2 理论计算与试验结果对比分析

4．2．1 阻尼试验

4．2．2 吸声试验

4．2．3 试验及各种计算方法的特性分析

4．3 本章小结

第五章 复合结构的吸声特性

5．1 频带宽度的计算

5．2 共振频率不固定时面积对带宽的影响

5．3 共振频率固定时面积对带宽的影响

5．4 阻抗板质量对其吸声的影响

5．5 本章小结

第六章 工作总结与展望

6．1 工作总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间所发表的学术论文