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研究丨高声压级下穿孔板覆盖多孔材料结构的吸声特性
爱因斯坦 2018-07-19
导语

中科院噪声与振动重点实验室副研究员彭锋研究发现,当穿孔板覆盖多孔材料结构受到高声压级激励时,穿孔板和多孔材料层自身的非线性会影响整个结构的吸声性能,同时二者间的干涉效应还将产生额外的非线性声阻抗。

中科院噪声与振动重点实验室副研究员彭锋研究发现,当穿孔板覆盖多孔材料结构受到高声压级激励时,穿孔板和多孔材料层自身的非线性会影响整个结构的吸声性能,同时二者间的干涉效应还将产生额外的非线性声阻抗。相关研究成果已在线发表于国际学术期刊 Journal of Sound and Vibration 。

近年来,随着我国航空航天等行业的快速发展,一些大功率的动力和喷气装置会产生极高的声压级,如何设计高效的声学结构进行吸声降噪,已逐渐成为行业的研究热点。

穿孔板覆盖多孔材料结构是一种典型的复合式被动吸声结构,在噪声控制领域中已得到广泛应用。这类吸声结构在低声压级线性条件下的研究已较为成熟,而高声压级非线性条件下的研究则罕有报道。

单一的穿孔板和多孔材料在高声压级下的吸声特性已有一些研究。高声压级下,穿孔板的吸声机制主要依靠穿孔出口处的喷注损耗和涡脱落,而多孔材料的非线性损耗机制主要在于孔隙中的弱惯性流动和粘滞损耗的综合效应。穿孔板覆盖多孔材料的复合结构在高声压级下,穿孔末端的喷注和脱落涡与其后的多孔层之间可能会发生干涉作用(图1),影响其吸声性能。

▲图1. 高声压级作用下穿孔板与多孔材料层间的流场干涉示意图(图/彭锋)

研究人员首先开展静流阻实验,发现高流速下由于流场干涉效应会产生额外的非线性流阻现象。随后进行高声压级下的吸声实验,结果显示,穿孔板和多孔层之间的干涉效应将产生额外的非线性声阻抗。综合考虑穿孔板、多孔层的非线性以及两者间的流场干涉效应,研究人员提出了一个复合结构的非线性吸声模型,与实验结果的吻合度较高(图2)。

▲图2. 高声压级穿孔板覆盖多孔层结构的吸声模型与实验对比(图/彭锋)

基于所建立的理论模型,研究人员进一步分析讨论了高声压级下复合结构的吸声特性,并提出了这类结构的两个设计准则:(1)选择具有弱非线性特性的穿孔板和多孔材料;(2)将整个结构在线性条件下设计在欠阻条件,同时将临界声压级设计在工作条件。

这项工作对于高声强环境下的吸声结构设计具有重要指导意义,得到了同行评审专家的较好评价:

… a comprehensive study of performance of an absorber comprised of a porous layer and a perforated plate facing at high sound pressure levels.

本研究得到了国家自然基金的资助。

参考文献:

PENG Feng. Sound Absorption of a Porous Material with a Perforated Facing at High Sound Pressure Levels. Journal of Sound and Vibration (Volume 425, 7 July 2018, Pages 1-20). DOI: 10.1016/j.jsv.2018.03.028

(本文来源:中科院声学所;)

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  • 声学结构
  • 非线性声阻抗
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作者 爱因斯坦

科研工作者

北京航空航天大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


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