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提高飞机壁板低频宽带隔声的层合声学超材料

航空学报 2022年第1期43卷 347-356页

作者：顾金桃王晓乐汤又衡周杰黄震宇航空工业第一飞机设计研究院西安710089 上海交通大学电子信息与电气工程学院上海200240 西北工业大学航空学院西安710072

针对飞机舱内的低频宽带噪声控制难题,提出了适用于飞机壁板隔声增强的层合声学超材料。该层合声学超材料由前、后2层不同构成参数的约束型薄膜声学超材料板,及其中间填充的多孔吸声材料复合而成。通过建立层合声学超材料的隔声计算有... 详细信息

针对飞机舱内的低频宽带噪声控制难题,提出了适用于飞机壁板隔声增强的层合声学超材料。该层合声学超材料由前、后2层不同构成参数的约束型薄膜声学超材料板,及其中间填充的多孔吸声材料复合而成。通过建立层合声学超材料的隔声计算有限元模型,分析各层约束型薄膜声学超材料,以及两者复合构成的层合声学超材料的隔声特性关系,着重研究层合声学超材料的负质量效应对其隔声特性的影响机理。基于四传声器法声阻抗管测试系统,测量层合声学超材料的法向入射隔声量,用以验证有限元模型的有效性。最后,在半消室开展大尺寸层合声学超材料的插入损失试验,结果表明在100~500 Hz的低频工作频段,面密度为1.5 kg/m^(2)的层合声学超材料样件,其算术平均插入损失达到14 dB,体现了优异的低频宽带隔声能力。研究工作对于采用轻薄声学超材料提高飞机壁板的低频宽带隔声性能具有一定的理论和工程指导价值。

关键词：声学超材料飞机壁板噪声控制隔声特性层合材料低频宽带

仿蝴蝶弧形共振腔型声学超材料的低频宽带吸声性能

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复合材料学报 2024年第6期41卷 3290-3299页

作者：孔维凡付涛昆明理工大学机电工程学院昆明650500

针对目前亥姆霍兹共振器低频吸声效果不理想的问题,提出了一种仿蝴蝶弧形共振腔型声学超材料结构,将阶梯式圆孔引入亥姆霍兹共振器的颈管,同时改变传统的负泊松比内凹夹芯结构,使结构在不改变整体尺寸的前提下,有效地为吸声器提供低频... 详细信息

针对目前亥姆霍兹共振器低频吸声效果不理想的问题,提出了一种仿蝴蝶弧形共振腔型声学超材料结构,将阶梯式圆孔引入亥姆霍兹共振器的颈管,同时改变传统的负泊松比内凹夹芯结构,使结构在不改变整体尺寸的前提下,有效地为吸声器提供低频吸声所需的声阻抗,从而降低共振频率。利用有限元软件COMSOL 6.1对结构进行了仿真并通过驻波管吸声测试实验进行了验证,实验与仿真的结果具有较高的一致性。结果表明:仿蝴蝶弧形共振腔型声学超材料结构可以有效降低亥姆霍兹共振器的吸收峰值频率,使该结构在650~1050 Hz频率范围内有着优秀的吸声性能,平均吸声系数大于0.9,实现了对声波的准完美吸收。吸声结构在740 Hz共振吸收系数峰值为0.962509,此时结构的厚度仅为吸收峰频率对应波长的1/15,体现了其深亚波长尺寸的特征。当结构的高度为30 mm时,仍有一个较宽的吸声频带,带宽比为62%(吸声系数>0.5)。不同仿蝴蝶弧形负泊松比的胞元参数对吸声性能也有一定的影响,当弧形胞元的圆弧半径r为11.8 mm、阶梯式圆孔的阶梯数n为4及阶梯式圆孔管径da和管长la为试件尺寸时,可以使亥姆霍兹共振器在低频宽带条件下有着优秀的吸声性能。

关键词：阶梯式圆孔亥姆霍兹共振器仿蝴蝶弧形低频宽带吸声结构夹层板

声学黑洞轻质超结构的低频宽带高效隔声机理及实验研究

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西安交通大学学报 2019年第10期53卷 128-134页

作者：刘波涛张海龙王轲吴九汇西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049 西安石油大学电子工程学院西安710065

针对低频声波在传播过程中穿透力强、难衰减这一问题,研究了一种新型声学黑洞超结构,结合了声学黑洞和声学超结构的优点,通过改变曲面形状实现了低频宽带高效隔声。在一块10 mm厚薄板上,以阵列形式嵌入多个声学黑洞单元,完成声学黑洞既... 详细信息

针对低频声波在传播过程中穿透力强、难衰减这一问题,研究了一种新型声学黑洞超结构,结合了声学黑洞和声学超结构的优点,通过改变曲面形状实现了低频宽带高效隔声。在一块10 mm厚薄板上,以阵列形式嵌入多个声学黑洞单元,完成声学黑洞既轻且薄的超结构设计。将设计好的声学黑洞超结构用3D打印技术制作出来,通过驻波管实验对声学黑洞超结构隔声特性进行验证。分析实验数据得到,声学黑洞超结构在50~1 600 Hz的频带上平均隔声量可以达到将近30 dB,并且在100~600 Hz频段内平均隔声量高达40 dB。研究了当声学黑洞单元几何形状幂函数的幂指数发生变化时,声学黑洞超结构隔声量的变化。因为设计好的声学黑洞超结构对加工工艺要求较高,在实际的工程应用中并不方便,所以最后还设计了一款方便实际工程应用的声学黑洞超结构,进行了实验验证,并分析了参数变化时对此结构隔声量的影响。研究的声学黑洞轻质超结构在航天航空、汽车、舰船等需要小尺寸结构实现低频大宽带降噪情况下有潜在的应用前景。

关键词：声学黑洞声学超结构低频宽带

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含间隙非线性弹性超材料的低频宽带机理

应用数学和力学 2022年第5期43卷 524-533页

作者：林臻吴九汇西安交通大学机械工程学院西安710049

揭示了基于非线性混沌理论含间隙的非线性局域共振结构的低频宽带形成机理,提出了一类含间隙非线性局域共振结构设计的新理念.在该间隙非线性局域共振系统中,产生了非线性混沌现象,且这种非线性运动可以成功地改变振动噪声中的频谱结构... 详细信息

揭示了基于非线性混沌理论含间隙的非线性局域共振结构的低频宽带形成机理,提出了一类含间隙非线性局域共振结构设计的新理念.在该间隙非线性局域共振系统中,产生了非线性混沌现象,且这种非线性运动可以成功地改变振动噪声中的频谱结构,当系统运动进入混沌状态时,线性谱能量大大削弱,变成了一个连续的宽频谱,进而有效隔离低频线谱.有限元计算结果表明,正是这个间隙引起的非线性混沌现象导致了低频宽带的产生,且理论分析和有限元分析结果高度一致.因此,这类含间隙非线性局域共振弹性超材料结构的设计新思想为局域共振弹性超材料的发展开辟了新天地,且基于非线性混沌理论的低频带隙的形成机理为减振降噪应用研究奠定了非常重要的理论基础.

关键词：非线性声学超材料局域共振低频宽带

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基于组合微穿孔板的低频宽带吸声超材料研究

中国材料进展 2021年第1期40卷 29-33,21页

作者：吴飞陈文渊巨泽港古棋元肖勇郁殿龙温激鸿重庆大学汽车工程学院重庆400715 国防科技大学智能科技学院湖南长沙410073 西南大学工程技术学院重庆400715

如何实现低频宽带吸声,一直是噪声控制工程领域亟待解决的问题之一,近年来声学超材料的迅速发展为此提供了新的解决思路。将拓宽单个峰值吸声带宽与引入第二阶吸收峰两种方式有效结合,基于组合微穿孔板提出了一种低频宽带吸声超材料,建... 详细信息

如何实现低频宽带吸声,一直是噪声控制工程领域亟待解决的问题之一,近年来声学超材料的迅速发展为此提供了新的解决思路。将拓宽单个峰值吸声带宽与引入第二阶吸收峰两种方式有效结合,基于组合微穿孔板提出了一种低频宽带吸声超材料,建立了组合微穿孔板吸声结构的吸声理论模型与数值仿真模型,分析了其低频宽带吸声机理。理论计算结果与数值计算结果吻合良好,验证了组合微穿孔板吸声结构的准确性。该吸声结构在低频范围产生双吸收峰,峰值都接近准完美吸声,同时具有两个较宽的吸声带宽,结构厚度满足亚波长尺度,展现出了良好的低频宽带吸声特性。最后,通过严格的参数设计,仅耦合两个吸声单元后在250~900 Hz范围内得到了一个连续的吸声频带,平均吸声系数达到0.86,此时结构最大厚度为70 mm。该吸声结构具有优异的低频宽带吸声特性以及丰富的可调性等特点,在噪声控制工程领域具有一定的应用前景。

关键词：声学超材料低频宽带微穿孔板双吸收峰

三周期极小曲面声学超材料的低频宽带吸声性能

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复合材料学报 2024年

作者：谭普付涛李成斐蒋剑锋王皓昆明理工大学机电工程学院浙江省特种设备科学研究院浙江省特种设备安全检测技术研究重点实验室

三周期极小曲面（TPMS）结构的多孔性，使其具备优异的声学性能，在低频宽带吸声领域引起广泛关注。本文提出了D、G、P、N和I-WP五种TPMS夹层板结构，采用有限元方法分析五种结构的低频吸声性能；实验验证通过3D打印P型、G型TPMS夹层结... 详细信息

三周期极小曲面（TPMS）结构的多孔性，使其具备优异的声学性能，在低频宽带吸声领域引起广泛关注。本文提出了D、G、P、N和I-WP五种TPMS夹层板结构，采用有限元方法分析五种结构的低频吸声性能；实验验证通过3D打印P型、G型TPMS夹层结构，使用阻抗管法测试这两类结构的吸声性能，实验与仿真结果具有较好的一致性。在参数分析方面研究了TPMS胞元类型、相对密度、穿孔板厚度、胞元尺寸、穿孔半径等对结构吸声性能的影响。结果表明，厚度为21mm的P型夹层板在512～685Hz范围内吸声性能优异，带宽比为43.25%，较相同厚度的G型结构带宽比提升9%，在540Hz共振吸声系数峰值为0.83，结构的厚度仅为吸声系数峰值频率对应波长的1/30，体现了P型结构深亚波长尺寸特征；D型和N型胞元孔隙率大，在400Hz的频率下共振特性好，D型胞元吸声带宽比相较于P型胞元提升17.4%；而随着相对密度增大，胞元孔隙率减小，共振频率升高，结构的吸声系数逐渐减小，但吸声宽带略有拓宽；增大穿孔板厚度结构共振频率降低，吸声频带拓宽；增大胞元尺寸、减小穿孔半径结构共振频率降低，吸声峰值增大，但吸声频带略有变窄。

关键词：三周期极小曲面夹层板低频宽带吸声性能夹芯层孔隙率

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局域共振梁的低频宽带轻质减振设计

局域共振梁的低频宽带轻质减振设计

作者：杜春阳国防科技大学

学位级别：硕士

梁结构广泛应用与工程结构中如支撑架,火车铁轨,桥梁等等,在系统中起到了连接,承载等作用,但振动广泛存在在各种机械设备中,时刻影响着设备的性能,严重时会对机械设备产生损害,降低机械设备的使用寿命,更会带来环境噪声污染,对人体健康... 详细信息

梁结构广泛应用与工程结构中如支撑架,火车铁轨,桥梁等等,在系统中起到了连接,承载等作用,但振动广泛存在在各种机械设备中,时刻影响着设备的性能,严重时会对机械设备产生损害,降低机械设备的使用寿命,更会带来环境噪声污染,对人体健康造成伤害,梁结构作为多数系统的主要构架以及承载结构和连接结构,是传递振动的主要媒介,而梁结构本身也易受振动影响而产生损坏。随着工业技术的发展,对振动控制技术产生了更高的需求。现阶段振动控制技术发展比较完善,但由于工况复杂,振动形式多样,振动控制技术一直存在瓶颈,尤其在低频振动控制方面仍存在一定困难。随着振动技术的发展,梁结构振动控制理念已从治理向设计发展,而近年来凝聚态物理领域的声子晶体理论的兴起,已经为低频振动控制提供了新的技术途径。声子晶体(Phononic Crystals)是由两种或两种以上的材料构成的周期性复合材料或结构。弹性波在声子晶体内传播时,受内部介质周期性的作用可以产生弹性波带隙(band gap)。弹性波在带隙频域内传播,那么弹性波将会受到抑制因而可以利用声子晶体的带隙特性有效抑制带隙频率范围内的振动与噪声传播。而局域共振声子晶体具有“小尺寸控制大波长”的特点,在低频振动控制方面具有广泛的应用前景。但是局域共振声子晶体在低频、宽带、轻质之间还存在一定局限,有待展开深入研究。本文基于声子晶体理论,结合质量放大、超阻尼等理论设计新型局域共振结构,并开展局域共振声子晶体梁(以下简称局域共振梁)的带隙特性研究,解决低频和附加质量大、低频和频带窄等问题。论文主要研究内容包括:1、使用多体动力学进行建模仿真方法,使用多刚体铰接计算,并结合Bloch定理,设计单元无限周期设置,可实现多体动力学结构的带隙计算。2、设计一种质量放大的局域共振结构。针对局域共振声子晶体带隙频率与附加质量之间的约束关系,设计一种质量放大结构,可以在附加质量较小的条件下实现低频带隙。对于两种不同的支撑方法(支撑在地基,支撑在基体梁)进行了分类研究,分析了不同臂长比对于结构带隙特性的影响。并设计相关实验系统,加工实验样件,开展实验验证。3、设计一种超阻尼局域共振结构。针对局域共振声子晶体带隙频率与带隙宽度之间的约束关系,结合超阻尼理论,设计一种具有超阻尼效应的X形局域共振结构,可以实现低频、宽带带隙特性。通过对振子结构的动力学模型进行分析,揭示了其超阻尼效应机理,并通过有限元仿真软件,利用多体动力学物理场分析模块对于超阻尼结构的带隙机理和超阻尼效应进行了相关分析,并揭示结构参数对于结构带隙机理和阻尼特性的影响。总之,本文重点研究局域共振梁的低频、宽带、轻质设计,并开展振动带隙特性分析,达到了低频宽带的减振效果,为梁结构低频减振提供了新的设计思路与技术支持。

关键词：声子晶体梁带隙质量放大超阻尼低频宽带

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基于声学超材料的低频宽带管道消声研究

基于声学超材料的低频宽带管道消声研究

作者：齐欣蕊哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

管道噪声抑制手段中,被动消声技术对应用场合要求更为宽泛,保养与维修成本更为经济。然而,被动方式中的阻性消声手段适用于中高频噪声,难以抑制低频噪声,一般的抗性消声器体积与消声频带相互制约,并且频率选择性较高,难以实现低频宽带... 详细信息

管道噪声抑制手段中,被动消声技术对应用场合要求更为宽泛,保养与维修成本更为经济。然而,被动方式中的阻性消声手段适用于中高频噪声,难以抑制低频噪声,一般的抗性消声器体积与消声频带相互制约,并且频率选择性较高,难以实现低频宽带的消声需求。而声学超材料在低频声波中展现出了优秀的操纵能力,有望应用于管道低频噪声抑制中。因此,针对管道中低频宽带噪声的抑制问题,本文结合声学超材料提出了新型管道低频消声结构,入射声波经消声结构后,在工作频带内可以实现90%以上消声效果。设计结构厚度小,具有超薄几何外形,适合绝大多数的使用场所。论文研究的主要内容为:首先,对管道中声波传输特性进行分析,求解刚性边界圆形波导中的声波方程,得到圆管中平面波近似条件。分析了含有单个和多个Helmholtz谐振腔旁支管道的声学传播特性,对于不同情况下的管道计算出对应的声学传递矩阵。其次,在理论分析基础上,提出了一种新型管道消声结构单元的设计方式。结构设计为薄层腔体嵌入内嵌孔颈的形式,避免了Helmholtz共振腔旁支局部膨胀的情况,大大降低消声器厚度。利用等效模型推导出了螺旋消声结构的阻抗解析公式与传输损耗计算公式。使用COMSOL软件建立了有限元仿真模型,并将仿真计算的传输损耗TL与理论结果经过对比验证一致。针对螺旋消声单元具有的多个阻抗调节自由度,分析了螺旋消声单元不同参数的消声频率调谐能力。最后,通过耦合多个微失谐消声单元的方式进行低频宽带消声结构设计。在感兴趣的频率范围内(100Hz-500Hz),分别采取了串联、并联两种耦合方式,探究耦合不同数目消声单元的消声能力。对耦合不同数目的消声结构进行消声能力分析,并探究其声波耗散机制。最后设计了实验方案、打印模型并进行了实验,利用四传感器法测量隔声量,实验结果与仿真结果较为吻合,验证文中设计的结构具有高效消声能力,有望应用在实际工程之中。

关键词：管道消声器声学超材料低频宽带低频噪声多腔耦合

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低频宽带雷达低仰角高精度测量方法

国防制造技术 2015年第3期 50-58页

作者：汪宁李凯陈金喜江南机电设计研究所贵阳550009

在跟踪低空目标时,低频宽带雷达跟其它低频雷达一样,由于波束较宽,受低空多路径的影响导致测角精度不高。针对这一问题,本文根据低频宽带雷达频率资源丰富的特点,提出频域波瓣分裂和宽带子带合成的方法,利用不同子带的分裂波瓣内在的相... 详细信息

在跟踪低空目标时,低频宽带雷达跟其它低频雷达一样,由于波束较宽,受低空多路径的影响导致测角精度不高。针对这一问题,本文根据低频宽带雷达频率资源丰富的特点,提出频域波瓣分裂和宽带子带合成的方法,利用不同子带的分裂波瓣内在的相位关系,初步解算无模糊的高低角范围,再选取精度最高的归一化比幅曲线进行角度测量,最后通过仿真验证低空条件下噪声对测角误差的影响。

关键词：低频宽带低空波瓣分裂高低角