曲面微穿孔板声振耦合机理及宽频带共振吸声技术的优化

Microperforated panel (MPP) sound absorbers are the most promising among various next-generation sound absorbing systems. The MPP with classic boundary conditions and rectangular backed cavity are mostly studied, in which the frequency band absorbed is narrow because of their nature as a resonator. This project proposes a new sound absorption system combined with a curved MPP and an air cavity with irregular shapes. The new absorber could widen the noise-absorption band by using the vibro-acoustic coupling between the curved MPP and the air cavity. The new proposed system is analyzed by Spectro-Geometric Method (SGM), in which the strong coupling between the curved MPP and the air cavity could be derived. The characteristics of sound absorption are studied based the parameters of the MPP and the depth of the cavity. In order to widen the frequency band of noise absorption, an optimized strategy is proposed based on modifying the boundary conditions of the MPP and changing the depth of the air cavity. The experiments will be carried out to valid the theory proposed and verify the optimization. The research will provide the basic theory that needed to further study the MPP and widen the use the MPP in our life.

作为新一代吸声材料和技术，微穿孔板结构被广泛应用于工业生产与日常生活中。但目前的理论和实验研究主要限于简单边界的平面微穿孔板结构以及所研究的背腔模型多为规则矩形声腔，使得吸声频带较窄。为了提高吸声频带宽度，本项目提出曲面微穿孔板-背腔形状任意的复合吸声结构，借助声腔同曲面微穿孔板的声振耦合和背腔声场存在宽频声模态特性来有效地拓宽吸声体的吸声频带。本项目的研究内容包括：通过一种快速收敛的谱几何法建立声场-曲面微穿孔板的声固耦合模型，揭示曲面微穿孔板的声振耦合机理；研究复杂背腔形状下吸声体的吸声特性，给出复杂背腔形状对吸声特性的影响机理和规律；探索曲面微穿孔板在复杂安装边界下吸声频带的相应特性，阐述基于修改安装／边界和改变背腔形状的宽频带吸声优化方法；建立相应的实验模型，验证所提理论和结果的准确性。本项目的研究将完善微穿孔板吸声特性的理论研究体系，对微穿孔板的广泛应用及优化具有指导意义。

微穿孔板吸声结构由于具有较高的吸声性能且安全环保，成为许多学者的研究对象。在这些研究中，大多把微穿孔板视为刚性结构，然而板在受到声波的激励时会发生振动，这会对吸声系统的声阻抗产生影响，从而改变微穿孔板的吸声性能。本研究探讨了考虑板的振动时的微穿孔板吸声系数，并对其吸声特性进行了参数分析。之后设计了阻抗管装置，完成了微穿孔板吸声系数的测量。理论计算结果与实验测量结果吻合良好，验证了理论分析的准确性。本研究具体成果包括： .建立了微穿孔板吸声理论模型，得到了板的振动对微穿孔板吸声系数的影响规律。分析了板的几种参数对板吸声性能影响，结果表明板的振动可以增加微穿孔板的吸声峰值，从而提高微穿孔板的吸声效果。 .根据声电类比法得到了单曲微穿孔板吸声系数，并把其结果分别与组合法得到的吸声系数和参考文献结果进行对比，验证了本方法的可行性。分析了单曲微穿孔板的穿孔率、孔径、板厚、曲率半径以及板后的背腔深度对单曲板吸声系数和声阻抗影响趋势，其中穿孔率和板厚对微穿孔板吸声性能影响最大。 .对比分析了在简支边界下双曲微穿孔板和单曲微穿孔板吸声系数的差异，结果表明，在其它条件不变时，随着双曲板曲率半径的增大，由于板的振动引起的吸声峰值逐渐向单曲板结果移动。 .为了验证理论计算结果的正确性，设计了阻抗管装置并测量了微穿孔板的吸声系数，其中分别对不同穿孔率、孔径、板厚和背腔深度下的吸声系数进行了测量。实验结果显示，实验所得的吸声系数与理论分析中考虑板的振动所得的吸声系数基本一致，证明了本研究所提理论模型的准确性。.在本项目的资助下，共发表学术论文14篇，其中申请人作为第一作者/通讯作者的论文13篇，包括SCI论文10篇、EI论文2篇，其中中科院SCI一区TOP论文共3篇、中文顶级EI论文2篇。申请/授权专利4项，其中授权美国专利1项，授权软件著作权5项。