人工周期结构的吸声数值计算及在车内降噪的应用

发布时间：2020-05-03 18:53

【摘要】：随着科学技术的发展,机器逐渐替代人力参与到了生产制造的各个方面,但机械设备运转时所产生的噪声不仅影响装备的控制精度而且会对人员的身心健康产生危害。因此,噪声控制日益成为一个热门课题。截止到2017年,我国机动车保有量已突破3亿辆。随着市场发展和产业升级,人们已不仅只满足于车辆所带来的便捷交通,而逐渐开始追求更舒适的驾驶性能,而汽车NVH(noise,vibration,harshness)是提高乘客舒适性最核心的技术问题。本文基于传统赫姆霍兹共振腔(HR)理论,研究了一维和二维周期HR结构的声学特性,并设计出一种可用于车内降噪的新型二维周期结构板件。本文的主要研究内容如下:首先,介绍了晶格理论和Bloch理论并分析了周期结构产生带隙的原因。通过一则实例介绍了使用有限元软件COMSOL计算能带图、响应谱和声压分布图的步骤,为之后研究周期结构的声学特性打下了理论基础。其次,分别仿真计算单个HR,串并联HR和一维周期HR结构。分析了带有点缺陷的一维周期HR结构的吸声特性和对声能量的局域作用。设计出一种镶嵌薄膜的HR结构,将两种结构声学特性耦合,在不增加结构质量和体积的前提下,可以在低频产生更多的吸声峰值。再次,基于相同体积不同几何结构的HR具有不同的共振频率这一特性,对不同几何结构的HR周期排列,设计出一种轻薄宽频吸声板件,形状规则且可以互相组合。通过仿真和实验证实此种二维周期结构有良好的吸声特性。最后,将二维周期HR结构放置在汽车顶棚处,分析了添加内饰和周期结构前后司机头部声压级曲线的变化,证实了此种周期结构可以降低车内中高频噪声。本文对周期结构的声学特性做了系统的研究,设计出新型宽禁带周期板件,为车内降噪提供了新方法。
【图文】：

模型图,周期结构,模型,吸声

2012 年香港科技大学 MEI 等人设计出了薄膜型周期结构，将薄膜张紧在矩形框，并将质量块对称放置在薄膜上如图 1.1（3）所示。通过仿真和实验验证这种结构频段各种声波入射角度均可产生多个吸声峰值，具有很好的吸声效果[10]。2012 年西安交通大学吴九汇教授的团队设计了周期排列的复合回旋梁和螺旋梁 1.1（4）所示，螺旋式的梁结构可以等效为弹簧，插入梁中的圆柱体提供了质量，了整体共振频率，结构厚度仅在毫米量级，低频带隙起始频率达到了 42Hz[11]。

车内噪声,形成机理

汽车由于振动源众多，汽车噪声比较复杂，噪声形成机理如图 1.2 所示，控制车内噪声一般从控制噪声源和传递路径，控制噪声源通常采用消声器等措施但很难根除噪声，控制传递路径主要分为隔声和吸声。传统隔声一般使用硬质板材，隔声效果随着板密度和声波频率的增大而增大。所以，如果想要隔离中低频噪声，板的厚度要增加很多，抑制了在车身不规则和狭小空间的使用。传统吸声使用多孔材料和穿孔板结构，多孔材料的吸声效果随孔隙的大小和结构厚度的增大而增大，，穿孔板的低频吸声效果和背腔深度成正比。传统材料的这些特性都阻碍了它们在汽车中低频降噪方面的应用。随着人工周期材料的发展，许多专家学者都研究了周期材料在汽车降噪的应用。
【学位授予单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U467.493

【参考文献】