【摘要】：隨著科學技術的發(fā)展,機器逐漸替代人力參與到了生產(chǎn)制造的各個方面,但機械設備運轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的噪聲不僅影響裝備的控制精度而且會對人員的身心健康產(chǎn)生危害。因此,噪聲控制日益成為一個熱門課題。截止到2017年,我國機動車保有量已突破3億輛。隨著市場發(fā)展和產(chǎn)業(yè)升級,人們已不僅只滿足于車輛所帶來的便捷交通,而逐漸開始追求更舒適的駕駛性能,而汽車NVH(noise,vibration,harshness)是提高乘客舒適性最核心的技術問題。本文基于傳統(tǒng)赫姆霍茲共振腔(HR)理論,研究了一維和二維周期HR結(jié)構(gòu)的聲學特性,并設計出一種可用于車內(nèi)降噪的新型二維周期結(jié)構(gòu)板件。本文的主要研究內(nèi)容如下:首先,介紹了晶格理論和Bloch理論并分析了周期結(jié)構(gòu)產(chǎn)生帶隙的原因。通過一則實例介紹了使用有限元軟件COMSOL計算能帶圖、響應譜和聲壓分布圖的步驟,為之后研究周期結(jié)構(gòu)的聲學特性打下了理論基礎。其次,分別仿真計算單個HR,串并聯(lián)HR和一維周期HR結(jié)構(gòu)。分析了帶有點缺陷的一維周期HR結(jié)構(gòu)的吸聲特性和對聲能量的局域作用。設計出一種鑲嵌薄膜的HR結(jié)構(gòu),將兩種結(jié)構(gòu)聲學特性耦合,在不增加結(jié)構(gòu)質(zhì)量和體積的前提下,可以在低頻產(chǎn)生更多的吸聲峰值。再次,基于相同體積不同幾何結(jié)構(gòu)的HR具有不同的共振頻率這一特性,對不同幾何結(jié)構(gòu)的HR周期排列,設計出一種輕薄寬頻吸聲板件,形狀規(guī)則且可以互相組合。通過仿真和實驗證實此種二維周期結(jié)構(gòu)有良好的吸聲特性。最后,將二維周期HR結(jié)構(gòu)放置在汽車頂棚處,分析了添加內(nèi)飾和周期結(jié)構(gòu)前后司機頭部聲壓級曲線的變化,證實了此種周期結(jié)構(gòu)可以降低車內(nèi)中高頻噪聲。本文對周期結(jié)構(gòu)的聲學特性做了系統(tǒng)的研究,設計出新型寬禁帶周期板件,為車內(nèi)降噪提供了新方法。
【圖文】：

2012 年香港科技大學 MEI 等人設計出了薄膜型周期結(jié)構(gòu)，將薄膜張緊在矩形框，并將質(zhì)量塊對稱放置在薄膜上如圖 1.1（3）所示。通過仿真和實驗驗證這種結(jié)構(gòu)頻段各種聲波入射角度均可產(chǎn)生多個吸聲峰值，具有很好的吸聲效果[10]。2012 年西安交通大學吳九匯教授的團隊設計了周期排列的復合回旋梁和螺旋梁 1.1（4）所示，螺旋式的梁結(jié)構(gòu)可以等效為彈簧，插入梁中的圓柱體提供了質(zhì)量，了整體共振頻率，結(jié)構(gòu)厚度僅在毫米量級，低頻帶隙起始頻率達到了 42Hz[11]。

汽車由于振動源眾多，汽車噪聲比較復雜，噪聲形成機理如圖 1.2 所示，控制車內(nèi)噪聲一般從控制噪聲源和傳遞路徑，控制噪聲源通常采用消聲器等措施但很難根除噪聲，控制傳遞路徑主要分為隔聲和吸聲。傳統(tǒng)隔聲一般使用硬質(zhì)板材，隔聲效果隨著板密度和聲波頻率的增大而增大。所以，如果想要隔離中低頻噪聲，板的厚度要增加很多，抑制了在車身不規(guī)則和狹小空間的使用。傳統(tǒng)吸聲使用多孔材料和穿孔板結(jié)構(gòu)，多孔材料的吸聲效果隨孔隙的大小和結(jié)構(gòu)厚度的增大而增大，，穿孔板的低頻吸聲效果和背腔深度成正比。傳統(tǒng)材料的這些特性都阻礙了它們在汽車中低頻降噪方面的應用。隨著人工周期材料的發(fā)展，許多專家學者都研究了周期材料在汽車降噪的應用。
【學位授予單位】：山東理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U467.493

【參考文獻】

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