压电致动声衬及其消声性能研究

发布时间：2017-05-01 17:16

  本文关键词：压电致动声衬及其消声性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：噪声污染广泛的存在于社会生活及工农业生产的各个领域,采用不同的手段对噪声抑制或消除一直是工程界、学术界的研究热点。声衬技术在航空发动机、气流管道等流体机械的噪声控制工程中有着广泛的应用。研究具有自适应功能的新型声衬,对于抑制宽频噪声,提升动力机械的整体水平具有重要理论意义与工程实用价值。本文在研究涡流消声理论以及压电合成射流技术的基础上,提出了一种可自主控制的压电致动声衬,可以实现对航空发动机、气流管道等流体机械中的宽频噪声进行抑制。根据压电致动声衬的工作原理,对压电致动单元进行了设计与分析。建立了压电片的有限元模型,并对其进行分析计算。通过模态分析计算出所选用的压电片(金属振动膜直径为30mm,厚度为0.2mm;压电陶瓷直径为25mm,厚度为0.2mm)的固有频率为2504 Hz,驱动频率越接近压电片固有频率共振现象越明显,压电片共振会影响声衬的使用寿命。根据涡流消声的基本理论,对压电声衬产生的射流进行了分析。分别对压电片和声衬的外流场建立了有限元模型,并将电场、结构以及流场进行了多域耦合分析。通过分析计算出压电致动声衬射流速度随着压电片激励电压的幅值和频率的增大而增大;声衬的射流速度随着声衬单元喷孔直径的变小而增大;声衬的射流速度在喷孔厚度为1mm时达到最大值96.4 m/s;腔体高度为1mm—2mm之间声衬的射流速度趋于稳定,大于2mm或者小于1mm时声衬的射流速度明显下降。采用LABVIEW编写了数据采集程序以及自适应控制程序,研发了吸声系数测量系统并将其应用于实验测试中。根据声衬技术的声学评价方法,设计了相关的实验方案。通过对压电致动单元射流速度的测试,进一步研究射流速度与激励电压之间的关系。通过对声衬板与平板吸声系数的对比测试,说明该声衬能够吸收一定的声能,入射声波频率在700Hz—900Hz范围内,吸声系数最大增量为0.5;通过对铺设有声衬的管道进行传递损失的测试,噪声频率在700Hz—800Hz时,声衬管道的传递损失最大增量为0.8。说明该声衬结构对噪声的抑制有增强作用。研究结果表明,相比传统声衬,所研发的压电致动声衬具有更有效的宽频噪声抑制效果。
【关键词】：压电致动 声衬 射流速度 噪声控制 传递损失 吸声系数
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB535
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-22
• 1.1 研究背景及意义11-13
• 1.2 声衬的国内外研究现状13-19
• 1.3 涡流消声技术研究现状19-20
• 1.4 课题主要研究内容20-22
• 2 压电致动声衬的理论分析22-32
• 2.1 压电致动声衬工作原理22-26
• 2.1.1 压电致动声衬的结构22-23
• 2.1.2 压电效应23-24
• 2.1.3 压电方程24-25
• 2.1.4 复合压电振子驱动原理25-26
• 2.2 压电致动声衬的消声原理26-27
• 2.3 声学评价27-31
• 2.3.1 吸声特性评价27-30
• 2.3.2 消声性能评价30-31
• 2.4 本章小结31-32
• 3 压电致动声衬的数值模拟研究32-49
• 3.1 复合压电振子振动分析33-39
• 3.1.1 静态分析34
• 3.1.2 模态分析34-37
• 3.1.3 谐响应分析37
• 3.1.4 瞬态分析37-39
• 3.2 MFX多物理场流固耦合仿真分析39-48
• 3.2.1 流固耦合仿真41-43
• 3.2.2 射流速度与喷口距离关系43-44
• 3.2.3 驱动电压对射流速度的影响44-46
• 3.2.4 结构参数对射流速度的影响46-48
• 3.3 本章小结48-49
• 4 数据采集与控制系统设计49-55
• 4.1 基于LABVIEW的数据采集系统49-51
• 4.2 基于LABVIEW的声衬自主控制系统设计51-54
• 4.2.1 控制方案设计51-52
• 4.2.2 输出程序设计52-54
• 4.3 本章小结54-55
• 5 实验研究55-73
• 5.1 声衬结构设计55-56
• 5.2 复合压电振子振动性能测试56-59
• 5.2.1 振动测试系统设计56-57
• 5.2.2 振动测试结果分析57-59
• 5.3 声衬的射流性能测试59-63
• 5.3.1 射流速度测试系统设计59-61
• 5.3.2 致动器射流速度分析61-63
• 5.4 吸声性能测试63-66
• 5.4.1 实验测试系统设计63-64
• 5.4.2 声衬结构的吸声系数64-66
• 5.5 消声性能的测试66-72
• 5.5.1 实验测试系统设计66-68
• 5.5.2 传递损失分析68-72
• 5.6 本章小结72-73
• 6 结论与展望73-75
• 6.1 结论73-74
• 6.2 展望74-75
• 附录75-79
• 参考文献79-85
• 攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果85-86
• 致谢86

【参考文献】

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本文编号：339335