多孔材料吸聲性能仿真分析與優(yōu)化

發(fā)布時(shí)間：2020-10-26 23:41

　　噪聲污染已經(jīng)成為了當(dāng)今世界非常嚴(yán)重的環(huán)境問題之一。汽車噪聲在城市噪聲中占有很大比例,在汽車的減振降噪措施中,吸聲是一個(gè)很重要的途徑,而多孔材料是應(yīng)用得最多的吸聲材料。因此研究多孔吸聲材料的吸聲特點(diǎn),吸聲性能的影響因素具有重要的意義。本文以玻璃纖維作為主要研究對(duì)象,探討了多孔吸聲材料的理論模型,分析了影響多孔材料吸聲性能的因素,研究了多孔材料在穿孔管消聲器中的應(yīng)用并進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。論文主要工作如下:首先,介紹了多孔吸聲材料的理論模型、多孔吸聲材料的五個(gè)聲學(xué)特征參數(shù)的定義以及測(cè)試方法。開發(fā)了測(cè)量多孔材料流阻率的實(shí)驗(yàn)設(shè)備,并對(duì)幾種多孔材料的流阻率進(jìn)行了測(cè)量;選用質(zhì)量-體積法對(duì)多孔材料的孔隙率進(jìn)行了測(cè)量;基于吸聲系數(shù)測(cè)量中的傳遞函數(shù)法對(duì)多孔材料的吸聲系數(shù)進(jìn)行了測(cè)量。其次,基于Johnson-Champoux-Allard模型以及五個(gè)聲學(xué)特征參數(shù),利用聲學(xué)有限元方法分析了多孔材料吸聲性能的影響因素,重點(diǎn)研究了多孔材料的物理參數(shù)(材料厚度、材料背后空腔厚度等)、聲學(xué)參數(shù)(流阻率、孔隙率等)的變化對(duì)其吸聲性能的影響;基于傳遞矩陣以及聲學(xué)有限元法,對(duì)多層復(fù)合多孔吸聲材料的影響因素進(jìn)行了分析。最后,將多孔吸聲材料應(yīng)用于穿孔管阻性消聲器中,使用聲學(xué)有限元方法計(jì)算消聲器的傳遞損失變化。以聲學(xué)特征參數(shù)為設(shè)計(jì)變量,消聲器傳遞損失為目標(biāo)函數(shù),進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。采用最優(yōu)拉丁超立方實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)選取樣本點(diǎn),生成設(shè)計(jì)矩陣;根據(jù)設(shè)計(jì)矩陣中的樣本點(diǎn)利用聲學(xué)有限元法仿真計(jì)算消聲器傳遞損失;基于樣本點(diǎn)以及響應(yīng)值,利用Kriging近似模型擬合方法建立消聲器傳遞損失的近似模型;最后用多島遺傳算法對(duì)消聲器傳遞損失進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化后,消聲器傳遞損失增加了4.32dB,多孔材料的吸聲系數(shù)在對(duì)應(yīng)頻率段也有所增加。
【學(xué)位單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB34
【部分圖文】：

多孔材料,基本類型

據(jù)吸聲材料吸聲機(jī)理的不同，大致可以分為共振吸聲結(jié)構(gòu)和多孔吸聲結(jié)構(gòu)屬于結(jié)構(gòu)吸聲，依靠結(jié)構(gòu)的固有頻率產(chǎn)生共振，吸聲頻率范要應(yīng)用于低、中頻噪聲的治理。一般吸聲系數(shù)在 0.2 以上的材料統(tǒng)。多孔吸聲材料有共同的特征，即材料內(nèi)部都有大量互相連通的孔面，具有一定的通氣性。多孔材料基本特征及分類多孔材料基本特征孔材料一般由固相和液相兩種介質(zhì)組成，固相為材料的骨架，液相一般為空氣）。骨架互相交錯(cuò)連接，從而形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，液相則充滿微觀角度分析，多孔材料的結(jié)構(gòu)看起來(lái)是雜亂無(wú)章的，但是從宏觀結(jié)構(gòu)是均勻的。多孔材料分類孔材料主要包含三類：纖維多孔材料、泡沫多孔材料、顆粒類多孔類如圖 2.1 所示。

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重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文料吸聲機(jī)理與吸聲性能評(píng)價(jià)指標(biāo)料吸聲機(jī)理部具有大量孔洞和縫隙，孔洞和縫隙互相連通，所示。當(dāng)聲波進(jìn)入多孔材料時(shí)，有兩條途徑使得激勵(lì)小孔內(nèi)的空氣發(fā)生振動(dòng)，小孔孔壁附近和孔氣質(zhì)點(diǎn)之間以及空氣質(zhì)點(diǎn)與孔壁之間會(huì)產(chǎn)生摩擦一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能，從而使聲波衰減。第二熱交換，也會(huì)使聲能衰減。

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