機(jī)械阻抗與聲阻抗結(jié)合提高微穿孔板低頻吸聲性能

為了提高微穿孔板結(jié)構(gòu)的低頻吸聲性能,將傳統(tǒng)微穿孔板結(jié)構(gòu)的剛性背板改進(jìn)為彈性支撐背板,通過理論計算和試驗對這一改進(jìn)進(jìn)行研究.由等效電路圖推導(dǎo)出彈性支撐背板單元的矩陣,運(yùn)用傳遞矩陣方法,將其和空腔單元矩陣、微穿孔單元矩陣進(jìn)行串聯(lián),建立新結(jié)構(gòu)的理論模型.通過振動試驗測量彈性支撐背板的阻尼系數(shù)和剛度系數(shù),計算出結(jié)構(gòu)的吸聲系數(shù),并與駐波管試驗的測量結(jié)果對比.結(jié)果表明:理論計算和試驗結(jié)果吻合良好;改進(jìn)設(shè)計的微穿孔板結(jié)構(gòu)同時利用了微穿孔板的腔共振吸聲和背板的機(jī)械阻抗吸聲作用,能夠在不增加結(jié)構(gòu)厚度的情況下提高低頻吸聲性能,并且同時保持中高頻吸聲效果.

提出在薄微穿孔板微孔中穿入銅纖維的結(jié)構(gòu),有效拓寬薄微穿孔板的吸聲頻帶,提高吸聲系數(shù),使微穿孔板吸聲性能在中低頻得到很大的提高。研究結(jié)果表明,樣品直徑為100mm,29mm,穿孔直徑為1mm,厚度2mm,穿孔率為3%的微穿孔板,穿入銅纖維的直徑為0.13mm,穿入銅纖維為3和4根時,在100hz~1600hz內(nèi),共振吸聲系數(shù)α0達(dá)0.99;穿入7至9根時,吸聲頻帶可拓寬1000hz以上;隨著穿入纖維數(shù)量的增加,吸聲頻帶顯著向低頻移動,當(dāng)穿入11根時,移動幅值為464hz。

用自行研制的ｅｐｒ改性ｐｐ基阻燃泡沫材料制成微穿孔板，研究其吸聲特性及規(guī)律，并與ｅｐｒ改性ｐｐ基阻燃非泡沫材料微穿孔板進(jìn)行對比。結(jié)果表明，泡沫材料微穿孔板吸聲體在中、低頻率區(qū)域的最大吸聲因數(shù)可達(dá)０９８以上；在１２５～２０００ｈｚ范圍內(nèi)平均吸聲因數(shù)可達(dá)０５２以上。

在穿孔板結(jié)構(gòu)設(shè)計中,蜂窩芯夾在兩層金屬穿孔面板之間,主要增加了板的剛性,同時一定程度上提高了其低頻吸聲系數(shù);板后吸聲薄層增加了穿孔吸聲板的聲阻,拓寬其吸聲頻帶寬度,提高了吸聲效果。本研究通過測試穿孔板結(jié)構(gòu)的吸聲系數(shù),研究了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)(主要是穿孔板的厚度、穿孔率等)及板后空腔深度對其性能的影響。實驗表明,吸聲薄層的加入及板后空腔的設(shè)計,使蜂窩穿孔金屬吸聲板具有較寬的吸聲頻帶、理想的共振頻率、較高的吸聲系數(shù),特別是對船艇機(jī)艙噪聲輻射峰值具有良好的吸聲效果。

以厚度為10mm的環(huán)氧樹脂基厚微穿孔板為研究對象,分別選擇空氣、水、聚乙烯醇、羊毛纖維作為孔中介質(zhì),研究各種介質(zhì)對微穿孔板吸聲性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),通過在孔中加入纖維材料可以在一定程度上彌補(bǔ)因材料厚度增加而導(dǎo)致的吸聲性能的減弱。當(dāng)平均每孔中穿入53根羊毛纖維,后空腔深度為20mm時,厚微穿孔板共振吸收頻率為956hz,峰值吸聲系數(shù)可達(dá)0.94。有效吸聲頻帶范圍為612hz-1600hz以上。

厚微穿孔板的微孔一般均為直通孔,雖然板厚的增加使其應(yīng)用范圍更廣,但板厚改變的同時,微穿孔板的聲阻抗也會相應(yīng)改變,從而導(dǎo)致無法達(dá)到如薄板的吸聲性能。減小厚板對吸聲性能影響的一種方法是采用變截面微穿孔結(jié)構(gòu)。以10mm厚環(huán)氧樹脂基微穿孔板為研究對象,通過溶芯澆注成型的方法制備具有變截面孔的厚微穿孔板并測試其吸聲性能。實驗結(jié)果顯示當(dāng)直通孔變?yōu)樽兘孛婵缀?吸聲頻帶有所拓寬,當(dāng)變?yōu)榇箦F形孔時,微穿孔板的有效吸聲頻帶從300～700hz增寬至310～830hz,平均吸聲系數(shù)從0.45增加到0.54。

選擇厚度為2mm的薄微穿孔板,研究羊毛纖維穿入率、穿入量和穿孔率對微孔板吸聲性能的影響。在100~1600hz范圍內(nèi),隨著羊毛纖維穿入率和穿入量的增加,共振吸聲頻率均向低頻移動,吸聲頻帶都得到拓寬。當(dāng)羊毛纖維穿入率從0%增加到100%時,共振吸收峰向低頻移動了340hz,頻帶拓寬346hz以上。當(dāng)穿入量從0根增至160根時,共振吸聲頻率向低頻移動340hz;當(dāng)穿入量約為106根時,頻帶拓寬360hz以上,共振吸聲系數(shù)為0.92。而當(dāng)穿孔率為1%時,穿入羊毛纖維使最大吸聲系數(shù)降低,吸聲頻帶變窄;但隨著穿孔率的增加,穿入羊毛纖維可以顯著拓寬微穿孔板的吸聲頻帶,共振吸聲系數(shù)也隨之增大。當(dāng)穿孔率為6%時,穿入羊毛纖維前后,最大吸聲系數(shù)從0.68增至0.97,共振吸聲頻率從1158hz降至986hz,頻帶拓寬了674hz以上。穿孔率越大,羊毛纖維改善微穿孔板吸聲性能的優(yōu)勢越顯著。

為提高微穿孔板結(jié)構(gòu)的吸聲效果,將隔聲薄膜制作成褶皺結(jié)構(gòu),加入微穿孔板后空腔中,采用駐波管法進(jìn)行吸聲試驗,測試在125hz到2000hz的13個1/3倍頻程中心頻率處的吸聲系數(shù)。試驗結(jié)果顯示:單獨的隔聲薄膜褶皺結(jié)構(gòu)具有一定的吸聲能力,褶皺的高度對其吸聲能力有一定影響;隔聲薄膜褶皺結(jié)構(gòu)的加入能有效提高微穿孔板的吸聲性能,當(dāng)褶皺高度為6cm時,加入褶皺前后,吸聲峰值由0.733提高到0.977,吸聲帶寬由2個(800hz~1250hz)提高到5個(400hz~1000hz)1/3倍頻程中心頻率;隨著褶皺高度從2cm提高到6cm,復(fù)合結(jié)構(gòu)的吸聲系數(shù)顯著增加,吸聲帶寬隨之增大,吸聲頻帶朝低頻方向移動,當(dāng)褶皺高度為6cm時,吸聲峰值達(dá)到0.977,接近全吸收。試驗初步研究了隔聲薄膜褶皺對微穿孔板吸聲性能的影響特性,為進(jìn)一步的理論計算與實際應(yīng)用提供一定根據(jù)。

為了研究加工誤差對微穿孔板吸聲性能的影響,該文以微穿孔板理論和電聲等效電路原理為基礎(chǔ),建立了考慮加工誤差時,微穿孔板吸聲的理論模型,數(shù)值分析了微孔尺寸成正態(tài)分布和平均分布兩種形式時,微穿孔板吸聲性能的變化情況。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)存在加工誤差時,微穿孔板的吸聲峰和吸聲帶寬都略有減小。

對穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的聲學(xué)特性進(jìn)行了理論分析與計算。討論了穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的共振吸聲原理,基于對穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)聲阻抗的討論,分析了穿孔率、空腔深度、板厚、孔徑等參數(shù)對吸聲性能的影響,為穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用提供了依據(jù)。針對某工程機(jī)械風(fēng)冷系統(tǒng)噪聲突出這一現(xiàn)象,專門為風(fēng)冷系統(tǒng)設(shè)計了穿孔板吸聲結(jié)構(gòu),大幅度降低了該機(jī)風(fēng)冷系統(tǒng)的噪聲,也使該機(jī)的駕駛環(huán)境噪聲得到了有效控制。

從理論上研究了一維可壓縮偏流對穿孔聲阻抗率的影響,并分析了偏流對穿孔粘滯效應(yīng)的影響;在實驗中,利用真空泵流裝置建立了存在偏流時的穿孔板聲阻抗率測量系統(tǒng),測量了一定頻率范圍內(nèi)兩塊不同厚度穿孔板在不同偏流流速時聲阻抗率的變化規(guī)律.在偏流情況下,穿孔板相對聲阻率的理論結(jié)論和實驗數(shù)據(jù)吻合很好.

建筑物,特別是高級民用建筑,其室內(nèi)裝飾材料,多年來,往往使用膠合板。由于聲學(xué)功能的需要,又用穿孔膠合板(包括空腔內(nèi)填放吸聲材料)。如此裝修,施工簡單,樸實莊重。但所有工程皆此做法,色彩又沒有變化,故顯得沉悶,單調(diào)無味。結(jié)合我院八十年代援建的埃及開羅國際會議中心工程,試用無紡針剌氈加穿孔板復(fù)合結(jié)構(gòu),進(jìn)行室內(nèi)裝修。本文介紹該材料的吸聲性能和特點,以供參考。

無紡針刺氈,穿孔板結(jié)構(gòu)吸聲性能評述

在微穿孔板吸聲體的準(zhǔn)確理論基礎(chǔ)上，編制了微穿孔板吸聲體聲學(xué)特性的數(shù)值分析程序。通過計算實例的分析，重點探討了微穿孔板吸聲體的多頻吸聲特性

本文對dam復(fù)合型阻尼吸聲穿孔板吸聲性能進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，討論了填充吸聲材料，b腔厚度，阻尼穿孔板孔徑，穿孔率對吸聲性能的影響。理論與試驗結(jié)果的一致性，對確定dam復(fù)合型阻尼吸聲穿孔板結(jié)構(gòu)具有重要的指導(dǎo)意義。

vol36no.1 feb.2016 噪聲與振動控制 noiseandvibrationcontrol 第36卷第1期 2016年2月 文章編號：1006-1355(2016)01-0200-04 管道中微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)聲學(xué)性能測試與分析 呂金磊，彭強(qiáng)，王海鋒 （中國空氣動力研究與發(fā)展中心空氣動力學(xué)國家重點試驗室，四川綿陽621000) 摘要：文章采用實驗和數(shù)值仿真的方法，對影響微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)聲學(xué)性能的設(shè)計參數(shù)，包括板厚，開孔孔徑，開 孔率等進(jìn)行深入細(xì)致的研究。其中實驗內(nèi)容主要在駐波管以及一個管道型的測試平臺上進(jìn)行，駐波管相關(guān)的研究內(nèi) 容用于佐證管道實驗的準(zhǔn)確性；數(shù)值仿真采取一種求極值點的算法，利用這一算法可以繞開對經(jīng)典方程的求解，而直 接確定微孔的聲共振點，也即最大噪聲吸收位置，通過共振點附近兩條曲線的疊加確定吸聲帶寬的變化

介紹了我國在新型吸聲體微穿孔板和微縫板的特點、首創(chuàng)、理論分析、加工制作、多方面的應(yīng)用情況，以及其在國外的影響。也討論了這些吸聲體的部分發(fā)展方向。

厚微穿孔板因其板厚增加而無法達(dá)到如薄板的吸聲性能,為拓寬厚微穿孔板的有效吸聲頻帶,以10mm厚環(huán)氧樹脂基微穿孔板為研究對象,在孔中穿入超細(xì)不銹鋼纖維并用阻抗管法測量其吸聲特性,研究結(jié)果顯示,超細(xì)不銹鋼纖維能有效拓寬厚微穿孔板的吸聲頻帶,當(dāng)鋼纖維穿入率為50%,每孔鋼纖維用量為0.75mg時,吸聲系數(shù)大于0.5的吸聲頻帶為392-1168hz,而無纖維微穿孔板的吸聲頻帶為530-1076hz。

分析不同共振頻率的微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)并聯(lián)的結(jié)構(gòu)模型,并計算了其組合吸聲系數(shù)。理論計算結(jié)果與采用sysnoise軟件,根據(jù)gb/t18696對并聯(lián)的微穿孔板吸聲系數(shù)進(jìn)行仿真實驗得到的結(jié)果及已有實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。結(jié)果表明,該文中并聯(lián)微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的聲阻抗率及組合吸聲系數(shù)的計算方法是可行的。

提出用微穿孔板進(jìn)行主動吸聲的方法。用微穿孔板作為主動吸聲的材料,檢測出入射聲波的頻率,得到微穿孔板的共振頻率,從而得到微穿孔板背后空腔的深度,移動微穿孔板背后的剛性壁以滿足空腔深度的要求,使得吸聲系數(shù)達(dá)到最大,從而達(dá)到主動吸聲的目的。最后,進(jìn)行了數(shù)值計算與實驗,計算結(jié)果與實驗結(jié)果能很較好的吻合,說明了該主動吸聲方法的可行性。

簡述了馬大猷教授的微穿孔板基本理論、微穿孔板吸聲體在擴(kuò)散聲場以及在高聲強(qiáng)環(huán)境下的理論要點。比較詳細(xì)地討論了30年來與馬大猷教授所提理論相對應(yīng)的實驗研究結(jié)果及應(yīng)用發(fā)展情況?；隈R大猷教授的基本理論,提出了一種新的相關(guān)衍生結(jié)構(gòu)——管束微穿孔板。對微穿孔板吸聲體的發(fā)展趨勢做了展望。表明:微穿孔板吸聲體將成為新世紀(jì)的綠色理想吸聲材料。

在介紹馬大猷開創(chuàng)的微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)理論的前提下,綜述了微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的理論發(fā)展、吸聲系數(shù)實驗測量方法以及微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)在實際工程領(lǐng)域的一些應(yīng)用。最后提出微穿孔板研究發(fā)展的方向。