微穿孔板及其斜置结构计算分析与试验研究

摘要

随着我国汽车行业的迅猛发展,汽车保有量日益增加,车辆噪声已成为城市噪声的主要来源。而发动机噪声则是汽车噪声主要来源之一,因此控制汽车发动机噪声在降低汽车噪声及城市生活噪声中起着至关重要的作用。
　　 微穿孔板吸声结构利用穿孔自身的声阻控制吸声结构相对声阻率,无须填充纤维类材料,能应用于高温、高速气流等特殊环境,而且可以在灰尘和油污比较严重的场合使用。传统吸声材料在这些特殊的场合应用有困难,微穿孔板可以弥补传统吸声材料不耐久以及存在二次污染的问题,在动力机械噪声控制领域有着良好的应用前景。
　　 单层微穿孔板共振结构的吸声频带宽度有限,在许多实际工程场合中,希望在较宽范围内有较大的吸声系数,因此提出了多层微穿孔板吸声共振结构和斜置微穿孔板结构。多层微穿孔板共振结构是多自由度系统,可以产生多个共振吸声峰,从而拓宽微穿孔板结构的吸声频带宽度;斜置微穿孔板结构可以使共振频率在一定的范围内分布,是拓宽吸声频带的另一条途径。微穿孔板结构的计算通常采用声电类比法,将声学结构转化为电路来进行分析和设计,该方法可以准确计算单层微穿孔板结构声学特性,但是计算多层结构却存在明显误差。近年来,已有研究者将阻抗转移法和传递矩阵法引入微穿孔板结构声学特性计算中。本文将这三种计算方法进行对比分析,分析声电类比法计算多层结构存在误差以及阻抗转移法和传递矩阵法能准确预测吸声性能的原因,并进行了相应的实验验证。在这一工作的基础上进一步分析了微穿孔板结构参数与吸声性能的规律,结果表明穿孔直径d,板厚t和穿孔率σ主要影响微穿孔板吸声结构的最大吸声系数,而板后空腔厚度D主要影响吸声的频率范围。在前面基础上进而研究斜置微穿孔板结构声学特性计算。斜置微穿孔板吸声结构具有频带宽的优点,在噪声控制中已得到应用。但是对该结构吸声系数的理论计算研究不够深入。目前对斜置微穿孔板结构考虑将其等效为定空腔微穿孔板结构的组合,即通过用假想平面将斜置微穿孔板结构离散为若干个等宽吸声单元,计算每个吸声单元的吸声系数,综合各吸声单元的吸声系数,获得整个斜置微穿孔板结构的吸声系数。在计算每个吸声单元的吸声系数,采用传统的声电类比法,且将空腔声质量近似声顺或声顺加1/3卢质量,计算存在误差。本文采用传递矩阵法计算了每个吸声单元的吸声系数,与采用声电类比法计算平均吸声系数进行比较,并设计相应的实验进行验证。结果表明:采用传递矩阵法计算整个斜置微穿孔板结构的平均吸声系数计算结果和实验数据吻合较好,比声电类比法计算平均吸声系数更加接近实验结果。