硅胶薄膜声学超材料单胞结构的隔声测量研究

利用铝制框架、硅胶薄膜和钕铁硼磁铁制作薄膜声学超材料单胞试件,用阻抗管法进行材料隔声量测量,绘制出不同附加质量块下薄膜声学超材料的隔声量曲线,分析了硅胶薄膜振动的等效集中参数与其隔声量曲线的对应关系。实验结果表明,薄膜声学超材料的隔声峰值对应频率具有可调性,50~400 Hz的平均隔声量为5dB,峰值超过11dB。在低频声区域,薄膜声学超材料的隔声量大大高于传统隔声材料。     

通孔薄膜声学超材料声阻抗分析及隔声带宽优化

针对现有通孔型声学超材料存在的低频隔声带宽较窄问题,通过分析通孔声学超材料的声阻抗建立超材料隔声量的理论计算模型,并通过该模型分析在不改变超材料通孔率和隔声峰值频率的条件下如何通过优化薄膜的面密度和张力以增加通孔型声学超材料的隔声带宽。通过一个数值分析案例进一步阐述如何利用理论计算模型进行通孔声学超材料隔声量参数优化并通过有限元仿真结果进行验证。结果表明通过减少薄膜面密度与薄膜张力的比率可以确保在不改变隔声峰值频率情况下有效增加声学超材料的10 dB隔声带宽。     

薄膜声学超材料降噪性能分析及设计

为了提升薄膜型声学超材料的隔声性能,首先采用模态叠加法和遗传优化算法实现一种反射型薄膜声学超材料单胞多参数结构优化设计;然后为了拓宽薄膜声学超材料单胞结构的隔声带宽,进一步提出一种能够实现低频宽带吸声的十字型薄膜声学超材料。结果表明:采用经过优化所得的反射型薄膜声学超材料可有效提高隔声带宽和离散频率的隔声量;并且十字型薄膜声学超材料单胞在510 Hz至820 Hz频带范围内平均吸声系数达到0.884,从而突破了薄膜声学超材料单胞仅在共振频率附近的窄带内具有优异吸声性能的限制。     

带背腔薄膜型声学超材料低频隔声特性分析

为弥补传统材料难以有效控制低频噪声的不足,提出一种由弹性薄膜、穿孔质量环和背腔组成的薄膜型声学超材料,建立单元声固耦合有限元模型,分析其在10 Hz～700 Hz频段内的薄膜振动特性,探讨薄膜预应力、穿孔半径、背腔高度、附加质量和薄膜厚度对隔声性能的影响规律,并研究基于协同耦合隔声机理的多单元组合隔声效果。结果表明：薄膜与背腔和穿孔结构耦合能丰富薄膜在低频处的振动形式,较传统Helmholtz 共振腔和薄膜型声学超材料具有更宽的隔声频带;在考虑频段范围内存在6 个声衰减峰,背腔高度、薄膜厚度和预应力的改变可使第三和第四峰值产生明显频率偏移,多单元协同耦合可实现一定频率范围内的连续宽带隔声,分析结果可为低频噪声的轻质和宽带控制提供理论参考。     

汽车前围板隔声量测定及改进

基于混响室-消声室声强测量方法,测量某汽车前围板的隔声量。结果表明：空调进气口内外循环转换阀与阀口贴合不紧密是隔声薄弱主要原因。在与空调进气口内外循环转换阀阀口相贴合的阀体部位粘贴密封材料,用EVA+低熔点毛毡+双组分声学材料代替原有的EVA+低熔点毛毡材料后,相应的测试结果表明：改进后,该汽车前围板的隔声量在500～6300 Hz频段平均提高了约7 dB。对改善其隔声性能进而改善车内声学环境具有重要意义。     

基于声学超材料的低频隔声模型设计

由于低频声波波长较长且穿透力强、难以衰减,能很轻易地绕过障碍物,所以排除低频声波的干扰一直是声学研究中的一大问题。为了实现对低频波的有效吸收,解决现代生产生活中普遍存在的噪声污染问题,以声学超材料为基础,利用COMSOL有限元软件研究设计一种二维三分量局部共振型超材料模型,对不同频率、不同厚度和不同形状结构的超材料模型隔声效果展开研究。经仿真实验结果验证,模型能够实现对低频声波的吸收,在20～3 000 Hz频率范围内有效降低低频宽频噪声,最大可得到30 dB的声衰减,从而达到良好的低频隔声效果,这项研究对声学的发展有很好的现实价值和发展空间,为民用及军用领域对减振降噪的高需求提供了更多的可能,可在许多不同的应用中发挥作用。     

高速列车夹芯地板结构隔声特性研究

采用传递矩阵法,建立高速列车内地板的声学特性分析模型,探索不同三明治夹芯板材料和结构对高速列车内地板隔声特性的影响,并根据内地板结构的传递损失评价具有不同参数的三明治夹芯板的隔声性能。通过不同的表层材质（木材、铝材、钢材）、厚度和蜂窝夹层密度,进行了内地板隔声量变化规律的分析和比较。探寻拟定隔声性能优越的三明治夹芯板材料类型和结构型式。结果表明,（1）表层夹板厚度一定,钢材作为表层材料,内地板隔声量最好,其次是铝材,最后是木材;（2）表层厚度影响,木材夹层板,厚度每增加1 mm,各个频段隔声量增加1 dB ～1.5 dB。铝材夹层板,厚度每增加1 mm,各个频段隔声量增加1 dB ～3 dB。钢材夹层板,厚度每增加1 mm,各个频段隔声量增加1 dB ～5 dB;（3）蜂窝板密度降低一半,内地板隔声量有增加趋势,但影响较小。     

装配式轻质隔墙的隔声性能研究

近些年,装配式轻质隔墙由于在现场施工和造价等方面的优势被逐步推广,其隔声性能的研究也日益受到重视。由于隔声性能受多种因素影响,文章通过一系列实验,研究和分析了不同材料和构造对装配式轻质隔墙隔声性能的影响。结果表明,装配式轻质隔墙的隔声性能受墙体板材自身的声学性能影响较大,其共振频率主要出现在125~250 Hz;通过增加墙板层数,在墙体两侧加挂或外粘玻镁板,能有效提高墙体在中低频的隔声性能;在龙骨和墙板之间填充岩棉,能显著提升墙体在全频段的隔声性能,同时能有效改善低频共振对其隔声性能的影响。     

FE-SEA法对镁合金前围板声传递路径识别与声学包装设计

阐述两子系统互易关系,给出混合FE-SEA法系统方程。利用该方法建立镁合金前围板隔声预测模型,与实验测试结果对比,验证隔声预测模型的可靠性。用FE-SEA法对隔声低谷处模态贡献量进行分析,找出关键参与模态,调取速度振型,识别出前围板声传递路径。通过改变多孔吸声材料及覆盖层厚度,参考降噪效率概念,研究混响声激励下两种典型声学包装ESP(Elastic-Sound Package)、FSP(Foam-Sound Package)在中低频段的TL发现,在260 Hz以下,覆盖层1 mm的ESP2效果最佳,大于260 Hz覆盖层1 mm的FSP2降噪最好。针对不同频段将两种方案用于前围板进行区域声学包装,隔声低谷得到明显改善,其它频段内隔声量提高约2 dB,表明声学包装方案设计可行,可为工程应用提供快、准的隔声措施。     

微穿孔板—蜂窝夹芯复合结构的隔声性能

对微穿孔板和铝蜂窝芯的复合结构,测定其具有不同参数的隔声性能。在该结构中加入GSGN薄膜和木屑板,制备出新型轻质隔声复合结构板,计权隔声量为58.41 dB,密度仅为0.037 g/mm3,达到了轻质高效隔声的目的。预期该新型复合结构板可应用于建筑材料和声屏障上,可提高结构的隔声降噪能力,改善居民生活环境质量。     

直升机舱室声学超材料壁板的低频隔声性能分析

在直升机飞行过程中,旋翼、尾桨等噪声源在舱室内产生强烈的低频噪声,严重影响直升机的驾乘舒适性,长时间的噪声暴露会危及驾驶安全。直升机舱室常用的夹层壁板结构可有效隔绝中、高频噪声,但其低频隔声性能一般较弱。为有效降低直升机舱室内低频噪声,将局域共振型声学超材料与舱室夹层壁板结合,建立直升机舱室声学超材料壁板模型,采用有限元法分析平面波入射激励下声学超材料壁板的低频隔声性能,并探索局域振子质量、层间结构对隔声性能的影响规律。结果表明:相比敷设阻尼材料、布置动力吸振器等传统舱内降噪方法,声学超材料壁板能有效隔离低频噪声,形成380 Hz~620 Hz的宽低频带隙。增加局域振子质量可有效拓宽带隙宽度并增强带隙内声透射损失,增加纵向加强筋数目可增强结构整体刚度,使振动衰减。声学超材料内饰的引入可为解决直升机舱室低频噪声问题提供技术路线。     

基于SEA分析验证的混响箱-消声室实验方法设计及隔声性能研究

不同于以往的理论、经验设计,采用低频段的声固耦合法、中高频段的统计能量法(SEA)对设计的混响声场进行声学分析,提高混响水平。根据虚拟结果建立混响箱实物,置于半消声室内进行测试,混响箱结构本体的噪声衰减量超过50 dB,混响时间达到混响要求,混响场内不同位置声压值差距均小于2 dB,该混响箱设计满足混响声场的要求;将SEA法隔声计算结果与应用混响箱-消声室法对板件的隔声测试结果进行对比,两者吻合良好;因此该实验方法能实现很好的隔声效果。通过该方法可快速对单层板及夹层板件进行隔声测试,发现吻合频率效应对隔声性能影响较大;以上研究对工程应用有较大的参考意义。     

碳纤维铝蜂窝夹芯复合结构隔声性能研究

铝蜂窝夹芯复合结构在航空工业、高速列车及汽车车体中得到越来越多的应用,其隔声性能对车内及机舱噪声有重要影响。建立了碳纤维铝蜂窝夹芯复合结构有限单元模型,用有限单元法计算了结构在声载荷激励下的响应,并计算分析了复合结构的隔声性能,分析了碳纤维复合面板厚度、面板层数、铺设角度、铝蜂窝芯层的厚度、铝蜂窝壁厚对隔声性能的影响。研究结果表明,面板采用碳纤维复合结构时,在小于1 000 Hz的低频段,相同面板厚度的铝蜂窝复合结构隔声性能比全铝合金材料的铝蜂窝夹芯复合结构有所降低,而且在高频段会出现隔声量更低的隔声低谷;相较于铝合金面板,复合结构的面板采用碳纤维复合材料时,能够实现整体结构轻量化也提高复合结构的隔声性能;各层之间按相对90°铺设时复合结构隔声性能最好;随着面板厚度的增加复合结构隔声性能增加,面板层总厚度不变的情况下,单层面板或者过多的层数都会使复合结构隔声性能降低。     

气垫隔声结构水中隔声性能分析

提出气垫隔声结构形式,与以橡胶阻尼材料为基体的隔声去耦瓦相比,气垫隔声结构具有孔隙率大的特点,能更好的隔声去耦。用解析方法分析无限、有限气垫隔声结构在水中的隔声性能,研究板厚与中间层特性声阻抗对隔声量的影响并分析无限结构与有限结构的差别。结果表明：在水中的隔声曲线中没有在空气中因“质量―弹簧―质量”共振造成的隔声低谷现象,且在低频时有限结构的隔声性能较好。行波管声学试验测试了气垫双层板结构的低频隔声性能,证实气垫隔声结构在水中的隔声效果和其在水中声学性能的正确性。     

隔声板应用于混凝土阳台栏板隔声改造可行性分析

考虑既有住宅建筑阳台栏板为薄混凝土板可能存在隔声性能不足的风险,在降噪隔声改造过程中,为有效避免资源浪费及增加建筑垃圾,探索采取增设隔声板提升阳台栏板整体隔声性能的可行性。实验设计了3种不同厚度的混凝土板,实验室内测试其增设隔声板前后的隔声量。研究结果显示,随着厚度增加,混凝土板的隔声量有所提高,60~70mm厚混凝土板的交通噪声频谱修正后隔声量达到40dB以上;混凝土板临界频率位于160~250Hz频率范围,在临界频率以上范围基本符合质量定律;增设隔声板可一定程度提高混凝土板的隔声性能,但提升幅度差异性较大,一定范围内,增加混凝土板厚度对隔声性能提升效果较增设隔声板更有效。     

薄膜型声学超材料的管道消声特性研究

针对管道低频流噪声难于有效控制的弊端,设计了一种薄膜型声学超材料及其性能测试装置,根据声波传递理论计算了管道内薄膜在声压作用下的振动特性。利用COMSOL软件的声固耦合模块研究了薄膜的消声特性,并进行了对比试验。结果表明:薄膜在低频范围内有较好的消声性能,薄膜的共振频率即为其消声工作频率;薄膜的振幅越大,传递损失值越高,最高达54 dB;薄膜参数的变化对超材料的消声性能有调节作用,通过改变施加在薄膜上的预应力和薄膜厚度,分别实现了传递损失峰值频率偏移120 Hz与110 Hz;通过改变附着质量块大小,实现了100 Hz及以下超低频消声。相关研究为主动声学超材料以及紧凑型管道消声器的设计提供了依据。     

穿孔管与超材料薄膜耦合的消声结构的设计及性能研究

用于消减宽频带低频噪声的消声器的结构尺寸较大,且消声性能较差。因此,利用穿孔管的宽带消声特性和膜结构对低频噪声良好的消声性能,设计了穿孔管与超材料薄膜耦合的消声结构。分析了消声结构的消声机理,仿真分析了消声结构参数对消声性能的影响。结果表明：主管道内声波与消声结构谐振系统的耦合强度越大,薄膜的振动越剧烈,反射回上游管道的声波越强,则传入下游管道的声波越弱;消声结构传递损失峰值所对应的频率与超材料薄膜的第1阶共振频率基本一致。设计了螺旋形消声结构,对其消声性能进行仿真和实验测试,结果表明仿真结果与实验结果吻合较好。研究结果可为宽频带低频噪声的控制提供有益参考。     

基于声学黑洞的复合隔声结构声学特性研究及试验

声学黑洞(Acoustic Black Hole,ABH)能够实现声波的聚集,通过粘贴阻尼层将其聚集的能量耗散,可有效降低声学黑洞复合结构的振动和声波的传递。针对中低频段噪声,设计了声学黑洞复合隔声结构,建立了其隔声量计算模型。研究了声学黑洞复合隔声结构的黑洞数量、黏弹性阻尼层、声学黑洞半径等参数对隔声性能的影响。研究结果表明：在160~1 000 Hz频率范围内,ABH能明显增加复合隔声结构的隔声性能,其传递损失在1/3倍频程内增加了1.9 dB。文中的研究结果为复合隔声结构的设计提供了借鉴。