磁流变液夹层板结构声学性能及其优化研究
发布时间：2021-07-22 23:17
磁流变液作为一种智能流体,因其具有良好的可控性和迅速响应性而备受减振领域科研和工程技术人员的关注,并且其在减振领域已经获得了一定范围的应用。为进一步拓展磁流变液的应用领域,探讨其在载运工具降噪领域应用的可行性,本文开展了以磁流变液为芯层的夹层板结构的声学性能与优化研究。论文的主要内容及结论如下:（1）磁流变液单元体声学性能试验研究。为探讨磁流变液所处场强大小和磁场方向对其声学性能的影响,设计并制作了两种磁流变液单元体,使其在驻波管中试验时所处场强方向分别与扬声器发出的声波方向垂直和平行,磁流变液所处的磁场强度由不同厚度的稀土永磁体提供,磁流变液单元体的场强分布由COMSOL软件的磁场分析模块模拟呈现;利用驻波管测量了两种磁流变液单元体在不同磁场强度大小和方向作用下的传声损失,并与芯层为空气层和水层的单元体的传声损失做了对比研究。研究表明,磁场作用方向对磁流变液单元体的隔声性能具有显著影响,当声传播方向与磁流变液所处的磁场方向一致时,磁流变液单元体在中、低频段可以获得更大的隔声量,并且在整个频段的隔声量的可调性也更好。（2）磁流变液夹层板结构声学性能理论研究。首先,基于能量法和声传播理论...
【文章来源】：南京林业大学江苏省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
磁流变
置的磁场强度测量结果如表2.2所示。参见表2.2可知，单元体中心点位置磁场强度大小与磁铁厚度非正比例关系。磁场方向会影响磁流变液内部磁链形成的方向，磁链形成方向与磁场方向始终一致。对于A型试件来说，声波传输方向与磁链形成方向垂直；对于B型试件而言，声波传输方向与磁链形成方向平行。为方便分析MRF单元体内部磁场分布情况，利用COMSOL软件磁场模块对A型-20、B型-15试件的场强大小及分布进行仿真分析研究，图2.2为A、B型试件中心切面场强分布图。(a)A型试件中心切面场强分布图(b)B型试件中心切面场强分布图图2.2A、B型试件中心切面磁场强度分布图Fig.2.2MagneticfieldintensitydistributionofAandBsamplesincentralareas图2.2（a）为A型试件主视图，图中圆形为圆柱体外壳用于安装磁铁与磁流变液，圆形外壳中间部分为磁流变液，上下两矩形为永磁铁。当试件A位于驻波管中时，声波垂直于圆面射入单元体，因此磁流变液在磁场作用下形成的磁链与声波传播方向垂直。参见图2.2（b）为了便于观察B型MRF单元体内部场强分布，将B型试件视图位置调整为右视图，圆形外壳中心位置为磁流变液，其左右两矩形为永磁铁，使用驻波管测量其传声损失时，声波从左右两侧通过单元体内部，声波传播方向与磁流变液磁链方向平行。从图2.2中可以看出，靠近永磁铁边缘的磁流变液磁场强度稍大一些，内部磁流变液所处的磁场强度近似为均匀分布，蓝色部分为磁导率为零的ABS外壳。在A、B仿真模型中心处施加探针，得到A型-20与B型-15的中心点处磁场强度仿真值分别为0.188T和0.224T，对比表2.2中数据有，仿真值与用特斯拉计的实际测量值误差分别为2.5%与1.3%，可知COMSOL软件能很好的描述磁流变液单元体内部场强的大小以及分布情况。2.3.3MRF单元体制作由于驻波管测
永磁体和磁流变液对总隔声量均有不同的贡献值，为探究磁流变液本身的隔声性能，还需添加对比试验组；此外，由于改变磁场强度的方式是增加磁铁厚度，而此一来，整个单元体的质量也会相应增加。为探究磁流变液本身的隔声性能同时排除质量因素的影响，本次试验设置了空气和水作为比照对象。将A、B型磁流变液试件中心处的磁流变液壳体内部分别填充空气和水，施加同样的磁场条件，研究三者在不同磁场强度下隔声量的变化特性，对比研究它们的隔声性能随频率与磁场强度大小的变化情况。(a)A型试件实物图（b）B型试件实物图图2.3A、B两种磁场布置形式的MRF单元体实物图Fig.2.1PhysicalpictureoftheMRFunitbodyintwotypesofmagneticfieldarrangementsofAandB2.3.4MRF单元体隔声量测量在使用四传声器驻波管法测量1600Hz以下的试件隔声量时，在受声端只需要使用直径较大的测试管，但需要对试件分为两个不同频率段进行测量，分别是63~500Hz与250~1600Hz，对应不同频率四个传声器在驻波管中的位置则有所不同，测试系统实物如图2.4所示。具体试验操作为：（1）试件安装将一组装配好的试件安装在两管之间试件安装区内，保证试件受声面与管面平行，并在试件四周涂抹凡士林进行密封，以防止声音从孔隙中泄露造成试验失败。（2）试验准备在首次使用驻波管时，使用信号发生器产生白噪声对扬声器进行预热，播放时间一般为5分钟。根据对应试验频率安装好传声器位置，并对传声器进行校正。（3）参数设置在测量软件中设置样品厚度、大气压力、温度和湿度等参数，根据测量的不同频率段选择不同的传声器设置模式。调节功率放大器，使得声源端传声器声压级在100dB作用，以获得较为准确的试验值。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Optimization Study on the Blade Profiles of A Horizontal Axis Tidal Turbine Based on BEM-CFD Model[J]. ZHANG Da-hai,DING Lan,HUANG Bin,CHEN Xue-meng,LIU Jin-tao. China Ocean Engineering. 2019(04)
[2]二维磁流变包层声学超材料[J]. 许振龙,吴福根. 应用声学. 2019(02)
[3]基于多目标优化NSGA2改进算法的结构动力学模型确认[J]. 赖文星,邓忠民,张鑫杰. 计算力学学报. 2018(06)
[4]基于散射矩阵法的飞机壁板声学优化设计[J]. 胡莹,李晨曦,何立燕. 应用声学. 2018(06)
[5]电流变夹层板的拓扑优化研究[J]. 陈春强,陈前. 工程力学. 2016(S1)
[6]基于FE-SEA混合法的水下双层壳体模型声振特性研究[J]. 温华兵,彭子龙,王康乐,程荣. 应用力学学报. 2014(05)
[7]约束阻尼板结构振动声辐射优化[J]. 郑玲,祝乔飞. 振动与冲击. 2014(05)
[8]基于粒子群算法的水下夹芯复合材料声学性能优化分析[J]. 罗忠,史跃东. 化工新型材料. 2013(03)
[9]基于拓扑优化的声学结构材料分布设计[J]. 杜建镔,宋先凯,董立立. 力学学报. 2011(02)
[10]车辆变速箱声振耦合系统的声学特性研究[J]. 陈福忠,项昌乐,刘辉. 噪声与振动控制. 2011(01)
博士论文
[1]动态多目标协同进化优化理论与方法[D]. 徐标.中国矿业大学 2019
[2]多孔吸声材料孔结构与阻尼材料布局优化设计[D]. 陈文炯.大连理工大学 2014
硕士论文
[1]基于NSGA-Ⅱ的线状工程项目多目标优化研究[D]. 杨旸.华东交通大学 2019
[2]汽车磁流变液夹层板结构声学性能研究[D]. 石静.南京林业大学 2018
[3]小型柴油发电机组隔声罩结构优化设计研究[D]. 杨晓.天津大学 2017
[4]超声波在磁流变材料中传播特性研究[D]. 文娟.重庆大学 2014
[5]单向加筋双层板的结构—声学优化研究[D]. 王义柏.上海交通大学 2014
[6]高速动车组车体板材声学参数测试及隔声仿真[D]. 孙崇明.北京交通大学 2012
本文编号：3298098
【文章来源】：南京林业大学江苏省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
磁流变
置的磁场强度测量结果如表2.2所示。参见表2.2可知，单元体中心点位置磁场强度大小与磁铁厚度非正比例关系。磁场方向会影响磁流变液内部磁链形成的方向，磁链形成方向与磁场方向始终一致。对于A型试件来说，声波传输方向与磁链形成方向垂直；对于B型试件而言，声波传输方向与磁链形成方向平行。为方便分析MRF单元体内部磁场分布情况，利用COMSOL软件磁场模块对A型-20、B型-15试件的场强大小及分布进行仿真分析研究，图2.2为A、B型试件中心切面场强分布图。(a)A型试件中心切面场强分布图(b)B型试件中心切面场强分布图图2.2A、B型试件中心切面磁场强度分布图Fig.2.2MagneticfieldintensitydistributionofAandBsamplesincentralareas图2.2（a）为A型试件主视图，图中圆形为圆柱体外壳用于安装磁铁与磁流变液，圆形外壳中间部分为磁流变液，上下两矩形为永磁铁。当试件A位于驻波管中时，声波垂直于圆面射入单元体，因此磁流变液在磁场作用下形成的磁链与声波传播方向垂直。参见图2.2（b）为了便于观察B型MRF单元体内部场强分布，将B型试件视图位置调整为右视图，圆形外壳中心位置为磁流变液，其左右两矩形为永磁铁，使用驻波管测量其传声损失时，声波从左右两侧通过单元体内部，声波传播方向与磁流变液磁链方向平行。从图2.2中可以看出，靠近永磁铁边缘的磁流变液磁场强度稍大一些，内部磁流变液所处的磁场强度近似为均匀分布，蓝色部分为磁导率为零的ABS外壳。在A、B仿真模型中心处施加探针，得到A型-20与B型-15的中心点处磁场强度仿真值分别为0.188T和0.224T，对比表2.2中数据有，仿真值与用特斯拉计的实际测量值误差分别为2.5%与1.3%，可知COMSOL软件能很好的描述磁流变液单元体内部场强的大小以及分布情况。2.3.3MRF单元体制作由于驻波管测
永磁体和磁流变液对总隔声量均有不同的贡献值，为探究磁流变液本身的隔声性能，还需添加对比试验组；此外，由于改变磁场强度的方式是增加磁铁厚度，而此一来，整个单元体的质量也会相应增加。为探究磁流变液本身的隔声性能同时排除质量因素的影响，本次试验设置了空气和水作为比照对象。将A、B型磁流变液试件中心处的磁流变液壳体内部分别填充空气和水，施加同样的磁场条件，研究三者在不同磁场强度下隔声量的变化特性，对比研究它们的隔声性能随频率与磁场强度大小的变化情况。(a)A型试件实物图（b）B型试件实物图图2.3A、B两种磁场布置形式的MRF单元体实物图Fig.2.1PhysicalpictureoftheMRFunitbodyintwotypesofmagneticfieldarrangementsofAandB2.3.4MRF单元体隔声量测量在使用四传声器驻波管法测量1600Hz以下的试件隔声量时，在受声端只需要使用直径较大的测试管，但需要对试件分为两个不同频率段进行测量，分别是63~500Hz与250~1600Hz，对应不同频率四个传声器在驻波管中的位置则有所不同，测试系统实物如图2.4所示。具体试验操作为：（1）试件安装将一组装配好的试件安装在两管之间试件安装区内，保证试件受声面与管面平行，并在试件四周涂抹凡士林进行密封，以防止声音从孔隙中泄露造成试验失败。（2）试验准备在首次使用驻波管时，使用信号发生器产生白噪声对扬声器进行预热，播放时间一般为5分钟。根据对应试验频率安装好传声器位置，并对传声器进行校正。（3）参数设置在测量软件中设置样品厚度、大气压力、温度和湿度等参数，根据测量的不同频率段选择不同的传声器设置模式。调节功率放大器，使得声源端传声器声压级在100dB作用，以获得较为准确的试验值。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Optimization Study on the Blade Profiles of A Horizontal Axis Tidal Turbine Based on BEM-CFD Model[J]. ZHANG Da-hai,DING Lan,HUANG Bin,CHEN Xue-meng,LIU Jin-tao. China Ocean Engineering. 2019(04)
[2]二维磁流变包层声学超材料[J]. 许振龙,吴福根. 应用声学. 2019(02)
[3]基于多目标优化NSGA2改进算法的结构动力学模型确认[J]. 赖文星,邓忠民,张鑫杰. 计算力学学报. 2018(06)
[4]基于散射矩阵法的飞机壁板声学优化设计[J]. 胡莹,李晨曦,何立燕. 应用声学. 2018(06)
[5]电流变夹层板的拓扑优化研究[J]. 陈春强,陈前. 工程力学. 2016(S1)
[6]基于FE-SEA混合法的水下双层壳体模型声振特性研究[J]. 温华兵,彭子龙,王康乐,程荣. 应用力学学报. 2014(05)
[7]约束阻尼板结构振动声辐射优化[J]. 郑玲,祝乔飞. 振动与冲击. 2014(05)
[8]基于粒子群算法的水下夹芯复合材料声学性能优化分析[J]. 罗忠,史跃东. 化工新型材料. 2013(03)
[9]基于拓扑优化的声学结构材料分布设计[J]. 杜建镔,宋先凯,董立立. 力学学报. 2011(02)
[10]车辆变速箱声振耦合系统的声学特性研究[J]. 陈福忠,项昌乐,刘辉. 噪声与振动控制. 2011(01)
博士论文
[1]动态多目标协同进化优化理论与方法[D]. 徐标.中国矿业大学 2019
[2]多孔吸声材料孔结构与阻尼材料布局优化设计[D]. 陈文炯.大连理工大学 2014
硕士论文
[1]基于NSGA-Ⅱ的线状工程项目多目标优化研究[D]. 杨旸.华东交通大学 2019
[2]汽车磁流变液夹层板结构声学性能研究[D]. 石静.南京林业大学 2018
[3]小型柴油发电机组隔声罩结构优化设计研究[D]. 杨晓.天津大学 2017
[4]超声波在磁流变材料中传播特性研究[D]. 文娟.重庆大学 2014
[5]单向加筋双层板的结构—声学优化研究[D]. 王义柏.上海交通大学 2014
[6]高速动车组车体板材声学参数测试及隔声仿真[D]. 孙崇明.北京交通大学 2012
本文编号：3298098
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