气-固周期型声屏障带隙特性及降噪性能研究

摘要

周期结构的带隙特性为工程结构的减振降噪设计提供了新的研究角度和方法，并在振动控制领域得到了较为广泛的研究。但是对于如何将周期结构的带隙特性应用于噪声抑制领域的研究却还比较鲜见。 本文基于带隙原理对周期型声屏障带隙特性开展深入的研究，并从声波传播特性出发，对全封闭式和直立式两类不同的周期型声屏障的降噪性能展开了研究。 1) 在周期型声屏障带隙特性方面，采用数值分析和有限元分析两种方法，借助正交试验设计的思路，研究了固体材料密度、纵波波速、填充率及晶格常数四个指标对于一维气-固周期型声屏障带隙的影响规律。 2) 在周期型声屏障降噪性能方面，采用基于声固耦合理论的有限元分析方法，研究了固体材料密度、纵波波速、固体材料填充率三个指标对于一维气-固周期型声屏障降噪性能的影响规律。 分析结果表明：（1）固体材料密度和填充率对起始频率和截止频率的影响比较显著，固体材料声速对起始频率几乎没有影响；（2）固体材料密度的增大可以显著降低起始频率，同时使截止频率升高、带宽变宽；（3）固体材料的填充率取为0.6时，获得最低的起始频率，截止频率随填充率的减小而降低；（4）由于低频共振，调整周期型声屏障的材料参数和结构参数难以增加50～315Hz低频部分的降噪能力；（5）全封闭式周期型声屏障比同等厚度的单层声屏障的降噪效果更佳，一般可以提高14～21dB；直立式周期型声屏障比同等厚度的单层声屏障的降噪效果稍好，一般可以提高3～6dB。

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摘 要

Abstract

第1章 概述

1.1 引言

1.2 声屏障的分类

1.3 声屏障的国内外研究现状

1.3.1声波经过声屏障后传播规律的研究

1.3.2声屏障计算方法的研究

1.4 周期结构的弹性波带隙特性研究概述

1.4.1声子晶体及周期结构的概念

1.4.2周期结构的带隙特性

1.4.3周期结构的带隙特性的研究现状

1.5 研究内容与研究思路

1.5.1研究内容

1.5.2技术路线

第2章 声屏障降噪基本理论及周期结构带隙的求解

2.1 一维声子晶体传递矩阵法及有限单元法求解带隙

2.1.1 一维气-固周期型声屏障数值计算模型

2.1.2 有限单元法验证

2.1.3 基体材料的选择

2.2本章小结

第3章 气-固周期型声屏障的带隙特性研究

3.1正交试验设计

3.1.1 正交试验设计概述

3.1.2 正交表设计

3.2正交设计结果分析

3.2.1 极差分析

3.2.2 方差分析

3.3固体材料各参数对带隙的趋势影响研究

3.3.1 各因素对起始频率的影响

3.3.2 各因素对截止频率的影响

3.3.3 各因素对带宽的影响

3.4晶格常数对带隙的趋势影响研究

3.4.1 晶格常数对起始频率的影响

3.4.2 晶格常数对截止频率的影响

3.5气-固周期型声屏障选材建议

3.6本章小结

第4章 气-固周期型声屏障的降噪规律研究

4.1 前言

4.2 全封闭式气-固周期型声屏障噪声计算模型

4.3 全封闭式气-固周期型声屏障降噪量规律分析

4.3.1 声源的距离衰减

4.3.2 全封闭式气-固周期型声屏障与普通声屏障的降噪效果对比

4.3.3 固体材料密度对降噪量的影响规律

4.3.4 固体材料纵波波速对降噪量的影响规律

4.3.5 固体材料填充率对降噪量的影响规律

4.4 直立式气-固周期型声屏障降噪量规律分析

4.4.1 固体材料密度对降噪量的影响规律

4.4.2 固体材料纵波波速对降噪量的影响规律

4.4.3 固体材料填充率对降噪量的影响规律

4.5本章小结

第5章 结论与展望

附表1 晶格常数60mm的正交表及对应试验工况

附表3 晶格常数70mm的正交表及对应试验工况

致 谢

参考文献