【摘 要】
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噪声问题在我们生活中无处不在,传统多孔声学材料对于中高频噪声有较好的吸收效果,但是,对于结构振动引起的具有超强穿透能力的大波长低频噪声的控制一直是噪声控制领域最具挑战性的问题。近年来,声学人工结构的发展使得低频声波的调控具有可行性,而基于空间折叠理论的迷宫结构及弯曲盘绕结构的设计,也得到了研究者们的广泛关注并成为低频吸声降噪研究的重要方向。因为通过空间声场的折叠来实现声传播路径的增加,可显著降低结
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噪声问题在我们生活中无处不在,传统多孔声学材料对于中高频噪声有较好的吸收效果,但是,对于结构振动引起的具有超强穿透能力的大波长低频噪声的控制一直是噪声控制领域最具挑战性的问题。近年来,声学人工结构的发展使得低频声波的调控具有可行性,而基于空间折叠理论的迷宫结构及弯曲盘绕结构的设计,也得到了研究者们的广泛关注并成为低频吸声降噪研究的重要方向。因为通过空间声场的折叠来实现声传播路径的增加,可显著降低结构声学设计尺寸,所以使超薄吸声在低频区的实现成为可能。因此,利用基于亥姆霍兹共振理论设计的迷宫结构、周期结构等人工结构在低频降噪方面取得了较好的进展。本文基于赫姆霍兹共振理论和空间折叠原理提出了一种低频宽频带超薄吸声体。依据折叠原理和共振理论,本文所设计的结构通过增加声波的传播路径使声能以摩擦的方式充分耗散,并通过局域共振实现低频吸声。通过多向耦合和纵向叠加的方法拓宽吸声频带并提高吸声性能,最终实现低频宽带吸声的目的。本文从理论方面研究了声波的吸收和吸声结构的吸声性能,对吸声结构的吸声机理进行分析,建立了低频吸声结构模型,并对其进行了多参数优化,通过数值计算得到了吸声特性曲线,给出了详细的数据结果分析。首先,设计了单向螺旋结构超薄低频吸声板,通过仿真计算分析了前盖板厚度、小孔直径、螺旋管管槽宽以及螺旋管管长等参数对吸声性能的影响规律,并对结构的各个参数进行优化,使吸声性能得以提升。然后,提出了一种将单向螺旋改进为双向螺旋结构的方法,该结构分为对称和非对称结构,并分析了该结构的耦合机理。其中,双向对称螺旋结构的吸声频带相比于单向螺旋结构较宽。双向非对称结构有两个不同共振频率的吸声峰,通过分析结构前盖板小孔直径、螺旋管管槽宽度、前盖板的厚度以及双向螺旋管的管长等参数对吸声性能的影响规律,并对非对称结构的各个参数优化设计,得到的最佳设计尺寸,非对称结构的吸声频带带宽相比对称结构增加一倍左右,实现低频宽频带吸声,很好地提升了吸声性能。最后,提出了一种将单层吸声板纵向叠加进行并联的方案,分别对单向螺旋结构、双向非对称螺旋结构以及方形四向迷宫结构纵向叠加,利用数值仿真计算方法得到它们的吸声曲线,并分析了吸声板层数对吸声性能的影响规律。随着吸声板层数的增加,吸声频带变宽,三种结构叠加后的相对带宽分别为28%、56%、92%。单向螺旋、双向非对称螺旋、四向迷宫结构的四层吸声板叠加后吸声体总厚度都是32mm,中心频率分别约为105Hz、130Hz、160Hz。这种多层结构虽然厚度相比单层结构有所增加,但仍是一种较好的亚波长尺寸吸声结构,由于各层吸声板的共振频率可以通过参数调整来改变,因此这种结构最终实现了超薄、低频、宽带可调的吸声需求,为实际工程中低频噪声的降除,提供了一定的参考。
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