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国际海事组织(IMO)在2012年决议通过的新《船上噪声等级规则》对船舶的生活及娱乐场所的噪声要求变得更为严格,并且成为了强制性的规则,如何降低新船的噪声水平成为一项严峻的工作。降低噪声的技术主要为在噪声的传播路径上对声波进行阻隔或者吸收,微穿孔板(Micro-perforated panel,MPP)吸声体以其坚固、质轻、耐蚀和环境友好等特点,适合于在船舶上的降噪应用。微穿孔板作为吸声体由马大猷教授于1975年提出,并给出了计算微穿孔板的一般性理论,一般称作马氏理论,目前对微穿孔板的理论研究多数基于马氏理论。在大多数已有的研究中,微穿孔板被视作刚性的结构,并且吸声系数作为评价整个结构性能的唯一指标。然而,许多的实验和数值计算都表明,尽管边界条件对于大尺寸薄板结构的微穿孔板的影响并不严重,但板自身的振动对于微穿孔板吸声体的声学性能有比较强的影响。因此,对微穿孔板吸声体的研究中应该考虑板与后背腔体的流固耦合。本文针对板-腔流固耦合进行研究,建立了一套耦合模型,并将马氏理论整合到了模型中。基于所建立的模型,编写了相应的计算平台软件,对舱室内微穿孔板吸声体、双层板内插微穿孔板隔声结构以及使用微穿孔膜的透气、通风声学超材料进行了研究。主要的研究内容包括以下几个方面:1、板-腔流固耦合的建立,模型中加入了微穿孔板的耦合,基础理论包括普通板与腔体的耦合、微穿孔板与腔体的耦合、两个腔体间的耦合。在模型的推导过程中,把微穿孔板的未知数由振动位移替换为振动速度,振动的速度包括两部分,一部分是微穿孔板本身的速度,另一部分是微孔内的速度。微穿孔板本身的速度通过板的控制方程所求解;微孔内的速度则与板两侧的腔体相关,通过马氏理论模型进行计算。这样,就将马氏理论模型整合进了板-腔耦合模型中。基于该耦合模型,编写了计算的软件平台,可以方便地组合板与腔的结构,简化了计算的前、后处理流程。2、微穿孔板吸声体对室内吸声性能的研究。对有限尺寸微穿孔板吸声体,微穿孔板越薄、板的面积越大,则微穿孔板振动对吸声性能的影响也就越明显。过去的研究中,往往把微穿孔板的正入射吸声系数作为微穿孔板的唯一性能参数。当微穿孔板吸声体在舱室内大面积使用时,微穿孔板会同时与后背腔体和前腔体耦合,因此,实际的减噪性能会与正入射下的吸声系数存在比较大的差异。为此,本文研究了在考虑微穿孔板与前后腔体同时存在耦合的情况下微穿孔板吸声体的吸声性能,使用噪声消减量NR来评价噪声消减的效果。实验与计算结果的对比证明,噪声消减量NR能够准确地预估微穿孔板吸声体在舱室内降噪的效果,同时也证明了耦合模型的正确和稳定性。基于耦合模型,对微穿孔板的参数进行了研究,为微穿孔板吸声体在舱室内的优化提供了优化的方向。3、双层板内插微穿孔板的低频隔声性能研究。双层板结构受“板-腔体-板”共振的影响,低频隔声性能会显著地降低,一般通过内夹多孔吸声材料的方法来降低影响,但低频下效果并不明显。由于多孔吸声材料存在健康、防火等隐患,需要找到替代的材料。本论文提出在双层板内插入一块平行的微穿孔板来减轻隔声结构的共振,提高低频的声传播损失。使用实验验证了该耦合计算模型的有效性和可靠性。由该耦合的模型可以预测典型的双层板内插微穿孔板结构的声传播损失。计算的结果表明,与具有相同几何参数的三层板相比,低频声传播损失有着显著的改善。为优化双层板内插入微穿孔板结构的隔声性能,对微穿孔板的位置、穿孔率、小孔孔径和板厚进行了研究,得到了一个优化的结构。经过优化的双层板内插微穿孔板结构厚度6cm,在共振频率处的声传播损失比双层板和三层板提高了至少15dB;200Hz以内的低频带内,声传播损失总值相比同厚度的双层板结构提高22dB,比20cm总厚度的三层板结构提高20dB。4、使用微穿孔薄膜的透气、通风配重薄膜共振器(Decorated Membrane Resonator,DMR)和杂化薄膜共振器(Hybrid Membrane Resonator,HMR)结构的研究。DMR和HMR是打破质量密度定律的新型声学超材料。已研究的DMR和HMR中均为不透气的结构。并且,HMR中使用薄膜密封气体,气体非常容易因温度的变化而造成体积的改变,这就使得薄膜的预张力发生改变,也改变了HMR的工作频率。这就限制了HMR的工作范围。同时如果大型的吸声墙面需要通风的性能时,现有的HMR技术也难以应用,要么无法通风,要么降低吸收壁的性能,难以达到完美的吸收。本文将弹性微穿孔板的理论和技术引入到DMR和HMR中,制作成通风的DMR和HMR,理论的计算和实验测试均表明,布满微孔的DMR制作成的HMR依然能够达到完美吸收。对DMR表面阻抗的计算表明,当阻抗与空气阻抗匹配时能够达到完全吸收,即声阻为1,同时声抗为0。若在后腔后壁开孔,即可构建可透气的完美吸收腔。实验显示,在一个已具有完美吸收的HMR(吸收系数99.99%)后壁钻孔,会影响其完美吸收。但只要略微减小后腔的体积,就可把HMR调节回完美吸收的状态,使吸收系数回到99.99%。