夹层板及其磁流变液单元体的声学特性模拟研究文献综述

 2022-01-23 10:01

全文总字数:4727字

1.板件隔声性能研究现状

重庆大学的褚志刚、周亚男等[1]基于有限元方法、以扩张腔消声器为例,分析计算了消声器内部声场,进行了传声损失的虚拟测量。对现有的三点法、传统的单边界四点法测量传声损失进行了模拟,结果表明三点法只能用于尾端全吸声的理想情况,现实测量中不可能做到理想的尾端全吸声;传统的单边界四点法测量没有考虑消声器下游反射波对上游的影响,存在较大的误差,通过在出口处增加吸声材料能提高高频的传声损失测量精度,但低频误差仍很大。并探讨了尾管效应、尾端吸声系数、消声器上下游耦合效应对传声损失测量的影响,得出:双终端边界条件考虑了上下游的耦合效应,提高了测量精度,是最有效准确的测量方法,同时结合消声器内部声场的仿真结果,表明试验时,测点离消声器扩张口的距离应大于收缩管的直径,以保证测点位置形成了良好的平面波;上下游两传声器的距离要小于分析上限频率的半波长,以防止特殊频率处计算结果不准确,出现跳跃点,即位于同侧的两传声器的距离决定了分析的上限频率。

西北工业大学的范玉岭、王敏庆等[2]以波传递理论为基础,推导了一般情况下具有中间夹层结构的复合板的隔声公式,并分析了在符合隔声结构的设计中特性抗阻和波数等参数对隔声性能的影响,得出选用具有适合R值和k值得媒质进行复合墙板隔声结构设计,其隔声性能在一定频段内大大优于其他隔声结构。

南昌航空大学的万翾、吴锦武等[3]基于传递矩阵的方法,推导出层合板的传声损失计算公式。通过建立复合材料层合板的传声计算模型,得出了:复合材料的密度与传声损失之间没有明显的线性关系,而是随着频率的增加而上升;层合板的总厚度越大,传声损失也越大,而且各层之间厚度不同,也会引起传声损失的较大改变;层合板铺层角度越大,传声损失也越大。通过对波动方程进行分析,结合无限大各向正交异性层合板各层的边界条件,由各层的传递矩阵求出波传播的透射系数,进一步推导出无限大各向正交异性层合板的传声损失。通过数值分析,说明该方法用于计算中高频时的传声损失是可取的。由分析比较可知,影响复合材料层合板的传声损失因素有很多,改变层合板厚度,材料密度和铺层角度,都会对层合板的传声损失产生较大影响,这在复合材料的结构设计和提高降噪的实际应用中是值得注意的。

上海交通大学的王英敏、胡碰等[4]通过用有限元分析方法计算了圆形薄板在夹持和自由放置等情况下的振动模态,揭示了单层板在共振区隔声量下降的机制,并计算出试样在共振区的隔声量,并提出了声管隔声量测试中低频段应注意的若干问题:通过有限元分析,揭示了单层薄板在低频共,振区隔声量出现低谷的原因,薄板在低阶共振时,表面位移振幅大的区域占的比例大,使面位移振幅均方值变大而导致隔声量的降低;在驻波管中测试小样品的隔声量时很难避免试样的共振频率区,因此对被测试样的隔声量进行评价时,要以进入质量控制区的隔声量为准,对于共振区的隔声量则可采取合理外延的方式获得;不同的安装方法对低频段的隔声量实验数据影响较大,对高频段数据基本没有影响,在可能的情况下,样品的安装方法最好选择无约束安装.

南昌航空大学的吴廷洋、吴锦武[5]通过理论建模,着重分析了蜂窝层合板的结构参数对隔声性能的影响并建立蜂窝传声理论模型。通过对理论模型的精度分析,研究了蜂窝层合板结构的芯层厚度、面板厚度、等效杨氏模量等参数对层合板传声特性的影响。由数值分析可知,与传统的理论模型相比,该理论模型相对较简洁,而且精度能满足一般工程要求;其次,芯层厚度、面板厚度以及面板密度对蜂窝层合板结构的传声损失影响较大。建立了简谐声波垂直人射情况下的蜂窝层合板传声理论模型,应用数值模拟的方法较系统地研究了关键参数对蜂窝层合板结构的传声损失的影响。数值分析表明,蜂窝层合板的3个主要结构参数(芯层厚度、面板厚度、面板密度)对其传声损失有着非常显著的影响: (1)随着芯层厚度的增加,传声损失曲线上的隔声波谷明显向高频移动:由于隔声波谷对应于层合板结构的共振频率,芯层厚度增加可有效提高层合板整体弯曲刚度,同时层合板的面密度也有所增加.其向高频偏移表明层合板的共振频率随者芯层厚度增加而增大。(2)在芯层厚度不变的条件下,面板厚度的增加引起层合板整体面密度的增加,在低频或是中高频范围内传声损失均有所增加,而且传声波谷明显上升。(3)随着面板密度的增加,波谷向低频移动,在中高频内,面板密度越大隔声量越大:面板是实心材料,密度的增加可有效提高层合板整体弯曲刚度和面密度,而且面板密度的变化对板质量的影响较大。

南昌航空大学的万翾等[6]通过建立层合板的传声损失模型,基于传递矩阵的方法,结合复合材料的弹性力学方程和固体中的声波方程,推导出了复合材料层合板的声压透射系数计算公式,并代入传声损失计算公式对层合板结构的传声损失进行数值求解。分析讨论了影响层合板结构传声损失的因素。得出:复合材料层合板由于纤维和基体本身的性能,铺设方式和铺层角度等因素的影响,质量定律并不能正确的反应层合板的隔声性能。声波入射角越大,传声损失越小;层合板的厚度越大,传声损失越大;而复合材料的密度和弹性模量比与传声损失之间没有明显的线性关系。最后,利用模拟退火法分析了层合板 最大传声损失的铺层角度优化方案。详细讨论了铺层角度对层合板传声损失的影响。并对不同频率下不同铺层数的层合板,采用一种改进的模拟退火算法,确定层合板获得最大传声损失时的最佳铺层角度方案。通过与穷举法进行对比讨论,说明这种改进的模拟退火算法的可行性和高效性,为实际应用中层合板的结构优化设计提供依据。

南昌航空大学的原海朋等[7]本文以复合材料层合板为研究目标,首先对层合板的声振特性进行了分析。采用分层理论结合有限元的方法计算了层合板的各阶固有频率及结构模态,结合声辐射模态理论计算了层合板的前两阶声辐射模态幅值和辐射声功率。利用实验方法测量了复合材料层合板的前两阶声辐射模态幅值及对应的声功率,用离散式PVDF测量了中点激励下的层合板声辐射模态幅值及声功率并与加速度计测量结果进行了对比。实验中不仅证实了低频振动时前两阶声辐射模态对应的辐射声功率占总声功率的绝大部分,通过控制前两阶声辐射模态幅值能有效控制不同激励力位置下层合板的辐射声功率,而且证明了通过离散式PVDF测量复合材料层合板声辐射模态幅值是完全可行的。

2.夹层板相关设计方案的研究现状

南昌航空大学的武锦武、薛晓理等[8]采用分层理论结合有限元模型分析复合材料层合板结构的振动特性,并用声辐射模态理论进行结构声辐射分析。在此基础上,分析声功率关于设计参数的灵敏度,推导声功率灵敏度的表达公式。以四层复合材料层合板为例,着重对声功率关于层合板结构铺层角度和铺层厚度的灵敏度进行了分析研究。数值计算结果显示在层合板基频处,辐射声功率达到最大值,同时在该处灵敏度有明显的升降过程。另外,对于低噪声层合板应以plusmn;45°对称的铺设将是最为恰当的设计方案。

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