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構聲學性能測試與分析 呂金磊，彭強，王海鋒 （中國空氣動力研究與發(fā)展中心空氣動力學國家重點試驗室，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構聲學性能的設計參數(shù)，包括板厚，開孔孔徑，開 孔率等進行深入細致的研究。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行，駐波管相關的研究內(nèi) 容用于佐證管道實驗的準確性；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

采用聲電類比法計算斜置微穿孔板結構吸聲性能存在誤差。運用阻抗轉移法計算斜置結構的吸聲系數(shù),用假想平面將斜置微穿孔板結構離散為若干個等寬定空腔的吸聲單元,建立簡化模型,采用阻抗轉移計算每個吸聲單元的吸聲系數(shù),綜合各單元吸聲系數(shù),獲得整個結構的吸聲系數(shù)。設計相應的實驗比較計算結果表明,采用阻抗轉移法計算結果與實驗結果吻合良好,聲電類比法計算結果偏離實驗結果較大。聲電類比法采用集中參數(shù)分析,需將空腔聲阻抗進行近似,造成誤差;阻抗轉移法不存在這一誤差,計算更合理和準確。

在燃燒室的空間和質量有限的情況下,為達到更好的聲抑制效果,該文提出了將單層微穿孔板一分為二,采用與單層結構具有相同穿孔率、穿孔半徑、質量及占用空間的雙層串聯(lián)微穿孔板結構。通過聲-電類比法推導了溫度變化條件下雙層串聯(lián)微穿孔板結構吸聲系數(shù)的計算公式,并與單層結構的吸聲特性進行了對比仿真分析,最后得出將單層結構一分為二,采用雙層串聯(lián)結構具有更寬的吸聲頻帶,在高溫條件下,其吸聲效果更好。

為了改善傳統(tǒng)厚微穿孔板吸聲結構的吸聲性能,用錐形孔代替圓柱形孔,提出錐形孔微穿孔板結構.在錐形孔微穿孔板結構的確定方法上采用粒子群優(yōu)化算法,分別對其進行單參數(shù)及雙參數(shù)優(yōu)化.仿真結果表明:經(jīng)單參數(shù)優(yōu)化后的錐形孔微穿孔板較相同厚度的傳統(tǒng)厚微穿孔板在特定頻率范圍內(nèi)的最大吸聲系數(shù)明顯增大;經(jīng)雙參數(shù)優(yōu)化后的結構,不僅可以增大其最大吸聲系數(shù),而且能夠保持原有共振頻率不變,從而為錐形孔微穿孔板的結構設計提供了快速有效的設計方法.

微穿孔板吸聲結構以其眾多的優(yōu)點,在噪聲控制領域得到越來越廣泛的應用。因微穿孔板結構中涉及大量的參數(shù),在穿孔板層數(shù)較多時,用聲電類比法或試驗的方法研究微穿孔板結構的吸聲性能將變得非常復雜。傳遞矩陣法尤其適于多層結構的分析,且易于用計算機編程實現(xiàn)。文章推導了用傳遞矩陣法計算微穿孔板結構聲學性能的計算公式,并與用聲電類比法計算的結果、試驗測定數(shù)據(jù)進行了對比,結果顯示,傳遞矩陣法是可以作為微穿孔板結構設計的一種簡單而有效的參考方法。

在微穿孔板吸聲體的準確理論基礎上，編制了微穿孔板吸聲體聲學特性的數(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

根據(jù)馬大猷的微穿孔板理論,計算了三層微穿孔板的吸聲系數(shù)。應用遺傳算法對其結構參數(shù)進行了優(yōu)化,并對其吸聲特性進行了分析研究,與優(yōu)化后的雙層微穿孔板結構進行比較,結果表明:經(jīng)過遺傳算法優(yōu)化后的三層微穿孔板在頻域上能夠獲得更加飽滿的吸聲系數(shù)曲線,接近傳統(tǒng)吸聲材料的吸聲性能。并且通過實驗驗證了優(yōu)化設計的結果。

根據(jù)馬大猷的微穿孔板理論，計算了三層微穿孔板的吸聲系數(shù)。應用遺傳算法對其結構參數(shù)進行了優(yōu)化，并對其吸聲特性進行了分析研究，與優(yōu)化后的雙層微穿孔板結構進行比較，結果表明：經(jīng)過遺傳算法優(yōu)化后的三層微穿孔板在頻域上能夠獲得更加飽滿的吸聲系數(shù)曲線，接近傳統(tǒng)吸聲材料的吸聲性能。并且通過實驗驗證了優(yōu)化設計的結果。

穿孔板結構在水下有著非常廣闊的應用前景,但是目前相關的研究報道非常少?；诳諝庵写┛装逦暲碚?綜合考慮小孔的末端修正,給出了較為準確的水下穿孔板聲阻抗表達式。利用傳遞矩陣法分析了水下穿孔板結構的聲壓透射特性,得到了垂直入射聲壓透射公式。對影響穿孔板結構透聲性能的主要因素進行了詳細的仿真分析,得到了一些重要的結論。采用四傳感器測量方法在駐波管中對自制的穿孔板結構進行了測試,實驗結果與理論分析基本一致,從而驗證了理論分析的正確性。本文為水下穿孔板結構的設計提供了詳細的理論和實驗依據(jù)。

穿孔板結構在水下有著非常廣闊的應用前景,但是目前相關的研究報道非常少?；诳諝庵写┛装逦暲碚?綜合考慮小孔的末端修正,給出了較為準確的水下穿孔板聲阻抗表達式。利用傳遞矩陣法分析了水下穿孔板結構的聲壓透射特性,得到了垂直入射聲壓透射公式。對影響穿孔板結構透聲性能的主要因素進行了詳細的仿真分析,得到了一些重要的結論。采用四傳感器測量方法在駐波管中對自制的穿孔板結構進行了測試,實驗結果與理論分析基本一致,從而驗證了理論分析的正確性。本文為水下穿孔板結構的設計提供了詳細的理論和實驗依據(jù)。

微穿孔板的發(fā)展已接近半個世紀?；诖┛装逦暯Y構的基礎,微穿孔板結構簡化了穿孔板后的多孔材料,同時達到了提高本身吸聲特性的目的。組成微穿孔板的主要元素就是微管和空腔。通過分析微管和空腔的聲阻抗率,近似計算出微穿孔板的吸聲系數(shù)與吸聲頻帶寬度,并討論微穿孔板結構模型的來源。根據(jù)微穿孔板結構模型,分別計算不同的參數(shù)組合對吸聲系數(shù)及頻帶寬度的影響。

微穿孔板吸聲結構具有吸聲系數(shù)高、吸收頻帶寬等優(yōu)點,廣泛應用于噪聲控制的各個領域根據(jù)馬大猷的微穿孔吸聲理論,總結了微穿孔板吸聲結構的吸聲原理,并用基于此理論的計算結果與在低頻、中頻駐波管中實驗的結果進行對比,得到了比較滿意的結果采用微穿孔板吸聲結構,進行汽車發(fā)動機隔聲降噪模擬實驗,結果表明,微穿孔板吸聲結構具有良好的降噪功能微穿孔板吸聲結構的吸聲性能的初步研究,為微穿孔板吸聲結構在工程中的應用提供了依據(jù)

微穿孔板在消聲器上的應用哈爾濱煤礦機械研究所劉雪芬，謝桂琴１前言微穿孔板消聲器是我國近年來研制的一種新型消聲器，這種消聲器是采用金屬結構代替多孔性吸聲材料，并適于在高溫、高速氣流及有水氣、粉塵等特殊環(huán)境下應用，具有阻抗復合式特點，在較寬的頻帶范圍內(nèi)具...

傳統(tǒng)的微穿孔板要獲得較佳的吸聲性能,需要較小孔徑的微孔(<0.3mm);在穿孔率不變的情況下,增加板厚,那么板的吸聲性能將下降。為了避免這個問題,提出一種新型的微穿孔板結構——變截面微穿孔板。與傳統(tǒng)微穿孔板不同,它的微孔的截面積沿其軸向不是恒定的,而是在軸向的一定位置發(fā)生突變,從而板存在孔徑差異較大的兩部分。在馬大猷的理論基礎上,分析了變截面微穿孔板的吸聲特性,并利用傳遞函數(shù)法,通過阻抗管進行了實驗。分析和實驗結果顯示,變截面微穿孔板的吸聲性能主要由孔徑較小的部分決定,孔徑較大的部分主要是增加了板的厚度,對板的吸聲性能貢獻較小;因此,通過變截面的方法,在增加板厚的同時也能使板維持在較佳的吸聲性能水平。

文章以馬大猷教授提出的微穿孔板非線性聲阻公式為依據(jù),提出了非線性聲阻作用的臨界條件,并由此進行應用于高聲強下微穿孔板吸聲體的計算機輔助設計。通過實驗對寬頻帶微穿孔板的非線性特性進行初步分析和實驗驗證

傳統(tǒng)微穿孔板的穿孔為圓形或狹縫,背面不帶毛刺,其吸聲系數(shù)和吸聲頻帶寬度有待進一步提高。目前出現(xiàn)一種新工藝加工的微穿孔板,其穿孔為三角形,且背面帶有毛刺。帶刺三角孔微穿孔板與圓孔微穿孔板不同,不能用原有方法計算其聲阻抗。文章采用試驗研究的方法測定帶刺三角孔微穿孔板的聲阻抗,分析其聲學特性,為工程應用提供參數(shù)依據(jù)。通過駐波管試驗測量單層和雙層帶刺三角孔微穿孔板結構的吸聲系數(shù),并與圓孔微穿孔板結構進行比較分析。研究結果顯示,新工藝加工的帶刺三角孔微穿孔板與圓孔微穿孔板相比較,聲阻有了較大幅度的提高,聲抗基本保持不變;帶刺三角孔微穿孔板結構的吸聲系數(shù)有了顯著的提升,吸聲頻帶也得到一定程度的拓寬。

現(xiàn)有的聲電轉換研究中,多利用亥姆霍茲共鳴器對聲波的放大作用而將共鳴器作為系統(tǒng)中聲波的接收裝置,但共鳴器尺寸較小,接收的聲波有限。因此利用穿孔板,即等效的亥姆霍茲共鳴器陣列代替單個的亥姆霍茲共鳴器。以提高聲電轉換裝置吸收聲波的能量及輸出的電功率。利用類比方法研究聲電轉換系統(tǒng)的輸出特性。

依據(jù)馬大猷教授的微穿孔板基本理論,進行參數(shù)選擇并設計了微穿孔吸聲反射板結構,用于階梯教室中,分析了這種微穿孔吸聲反射板結構在階梯教室中的聲反射和聲吸收的性能。

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

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

微穿孔板消聲器通過微孔板技術轉化聲能為熱能，實現(xiàn)噪音降低。其阻性和抗性相互作用，賦予其優(yōu)良消聲性能。廣泛應用于建筑、交通等領域，有效降低噪音，提升環(huán)境質量。實際工程項目中，合理設計和安裝是關鍵，可成功降低噪音水平，獲得客戶認可。

計算微穿孔板吸聲系數(shù)時,假設孔間的相互作用可以忽略。計算具有不同直徑微孔的穿孔板吸聲系數(shù)并提高其計算精度,孔間的相互作用不能再忽略。在馬大猷、melling(梅爾林)等前人研究的基礎上,根據(jù)聲波輻射和傳播原理,分析微孔之間的相互作用,通過修正微孔的實際等效長度,得到計及孔間相互作用微孔板吸聲系數(shù)模型,并進行理論計算和實驗測試。研究結果表明:影響微穿孔板吸聲系數(shù)除結構參數(shù)外,還應考慮孔間的相互作用;計及微孔板各孔間相互作用,能提高共振頻率、吸聲系數(shù)理論值的計算精度,計算值逼近實驗測試結果。