考慮聲固耦合的管道噪聲控制技術(shù)研究.pdf

1、管道噪聲是環(huán)境噪聲中的一個(gè)重要組成部分，不可避免地對(duì)我們的生活和工作產(chǎn)生消極的影響。當(dāng)前，管道噪聲的控制措施可以分為主動(dòng)和被動(dòng)兩類。主動(dòng)控制系統(tǒng)的復(fù)雜性等因素限制了其廣泛應(yīng)用，相對(duì)而言，被動(dòng)控制技術(shù)的使用更加成熟。在被動(dòng)控制技術(shù)中，吸聲材料能夠有效地消除中、高頻噪聲，而使用基于截面突變和空腔共振的抗式結(jié)構(gòu)是阻斷低頻噪聲傳播的最有效手段。然而，對(duì)于傳統(tǒng)的抗式結(jié)構(gòu)，一方面管道橫截面突變會(huì)增大阻力損失，另一方面，低頻降噪量、降噪帶寬和消聲器體

2、積三個(gè)指標(biāo)的相互制約，有時(shí)會(huì)限制或影響它的使用。有別于傳統(tǒng)的依賴截面突變的抗式結(jié)構(gòu)，Huang等人將張緊的膜或彈性板結(jié)構(gòu)引入到管道噪聲控制中，利用柔性結(jié)構(gòu)與管內(nèi)聲波的耦合作為另外一種以阻抗失配達(dá)到消聲目的的實(shí)施形式，進(jìn)而發(fā)展出了多種低頻、寬帶、緊湊的膜結(jié)構(gòu)消聲器和彈性板消聲器。
　　本文在 Huang等人的研究基礎(chǔ)上，建立了多種構(gòu)型的膜結(jié)構(gòu)消聲器的解析計(jì)算方法。使用Green’s函數(shù)和Kirchhoff–Helmholtz積分來計(jì)

3、算矩形和圓形截面管道內(nèi)部膜片的輻射聲場(chǎng)和膜結(jié)構(gòu)消聲器的傳遞損失。將單腔室膜結(jié)構(gòu)消聲器的二維數(shù)學(xué)模型推廣到雙腔并聯(lián)和雙腔串聯(lián)膜結(jié)構(gòu)消聲器，對(duì)膜片的質(zhì)量和張緊力進(jìn)行了優(yōu)化，探索了膜片位置變化、多膜片參數(shù)配合等因素對(duì)消聲器聲學(xué)性能的影響。
　　研究表明，由于解析方法中使用了滿足剛性壁面邊界的特征函數(shù)，因此計(jì)算過程中耦合面附近的橫向質(zhì)點(diǎn)振速振蕩較大，導(dǎo)致收斂速度緩慢。鑒于此，本文利用切比雪夫配點(diǎn)法，結(jié)合區(qū)域分解技術(shù)，建立了與解析計(jì)算模型一

4、一對(duì)應(yīng)的高精度數(shù)值模型和計(jì)算方法，不僅克服了解析方法在耦合面上收斂速度慢的缺點(diǎn)，而且實(shí)現(xiàn)了針對(duì)膜結(jié)構(gòu)消聲器的解析—數(shù)值方法的相互驗(yàn)證。
　　其次，通過將梁的振動(dòng)位移表示為 Fourier級(jí)數(shù)和輔助多項(xiàng)式的形式，本文將當(dāng)前用于簡(jiǎn)支或固支邊界的彈性板消聲器的聲學(xué)計(jì)算模型拓展到了多種邊界的情況，實(shí)現(xiàn)了利用一個(gè)數(shù)學(xué)模型覆蓋多種邊界的目的。利用該通用模型，對(duì)比分析了多種經(jīng)典邊界下彈性板消聲器的傳遞損失，研究了彈性板邊界剛度弱化對(duì)消聲器傳遞損

5、失的影響。
　　另外，受一種人工耳蝸模擬裝置的啟發(fā)，本文提出了一種基于局域響應(yīng)模型（LRM）的管道噪聲控制方法，結(jié)合集總參數(shù)法和Fourier-Galerkin方法，分析了基于這種方法的管道消聲器的聲學(xué)性能。研究表明：在不考慮腔室的影響時(shí)，入射聲波傳播到相應(yīng)的共振梁或者膜附近時(shí)波速可以在很短的距離內(nèi)大幅降低，隨之帶來顯著的聲反射；LRM具有寬頻降噪的特點(diǎn)，與單管道膜結(jié)構(gòu)或彈性板消聲器的特征相似，但其傳遞損失峰的頻率和幅值更容易調(diào)節(jié)

6、。帶有腔室的情況下，由于腔室內(nèi)的介質(zhì)對(duì)LRM產(chǎn)生了較強(qiáng)的等效質(zhì)量負(fù)載效應(yīng)，會(huì)削弱 LRM的響應(yīng)，影響 LRM消聲器的聲學(xué)性能?？梢赃x用低密度的氣體以減少來自腔室的質(zhì)量抗，提高 LRM的響應(yīng)，改善 LRM消聲器的聲學(xué)性能。文中還研究了結(jié)構(gòu)質(zhì)量、剛度和阻尼等參數(shù)對(duì)LRM消聲器傳遞損失的影響。
　　最后，本文設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)臺(tái)架，對(duì)LRM消聲器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。利用聲波分解法測(cè)量了不同張緊力下膜片的阻抗，利用四傳聲器-雙負(fù)載方法測(cè)量得