蜂窝微穿孔板吸声体的多区域结构参数优化设计

来源 :南昌航空大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wuhanchi
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蜂窝夹层结构作为一种具有良好隔声的部件被广泛应用在航空航天、车辆与建筑等领域。而结构简单、质量轻便的微穿孔板结构一直是具有潜力的低频吸声结构,将这两者复合而成的蜂窝微穿孔板结构具有一定频宽声学性能。针对普通微穿板结构无法兼顾宽频吸声与高吸声性能的缺点,本文着重把蜂窝微穿孔板结构进行多区域划分,使用粒子群优化算法对其结构参数进行优化,最终使其达到宽频吸声的目的。本文首先对蜂窝微穿孔板吸声体以及微穿孔板进行简要介绍,并使用声电类比法对其吸声机理进行了理论分析,得到了蜂窝微穿孔板吸声体结构的总阻抗以及吸声系数。利用MATLAB编写了微穿板结构的吸声公式,并且分析了板厚、腔深、孔径与穿孔率对吸声性能的影响。分析结果表明:微穿孔板结构越厚,吸声体结构的最大吸声系数就越高,且最大吸声系数逐渐往低频移动,吸声频带越宽。吸声体腔深越大,最大吸声系数越小,且最大吸声系数越往低频移动,吸声频带越窄。微穿孔孔径越大,吸声体结构吸声系数就越小,吸声频带越窄。而微穿孔的穿孔率越大,吸声体结构的吸声系数越小,最大吸声系数往高频移动,吸声频带越窄。其次介绍了粒子群算法的运算流程与原理,并使用算法对微穿孔板结构进行了单参数、双参数、三参数以及四参数优化。优化结果表明:相比于优化之前的结果,优化后的吸声曲线更为饱和,吸声性能更好,初步印证了粒子群算法在蜂窝微穿孔板吸声体吸声性能优化设计的可行性。随后对三区域蜂窝微穿孔板结构进行了三参数优化与双参数优化,并将两者的优化结果进行对比。结果表明:不含孔径项的优化结构要好于含孔径项的结果,且三参数优化效果要一定程度上优于双参数优化。另外,针对每个区域的孔径、腔深和穿孔率变化对吸声性能的影响进行了详细的分析。此外,针对四区域蜂窝微穿板吸声体进行了四参数优化,优化后吸声性能较优化前有大幅提升。此外,由于蜂窝结构最大优势是具有一定承载能力,而蜂窝微穿孔板上表面板结构参数随意改变就可能影响其力学性能。因此本文基于粒子群算法对七区域蜂窝微穿孔板结构进行了腔深优化。并进行了有限元仿真,还用铝合金和光敏树脂3D打印机制作了试样,并使用29mm阻抗管进行了试验分析。试验前对仪器进行了校正。试验结果表明:试验得到的吸声曲线与优化后的理论值、仿真结果大致相同。基于粒子群算法优化得到的蜂窝微穿孔吸声体结构可实现宽频吸声的目的,其中1000Hz-3000Hz频段吸声系数基本都保持在0.8以上。试验结果相比理论值整体稍向高频移动。研究表明了粒子群算法在蜂窝微穿孔板结构优化设计中具有可行性与优越性。最后对全文工作进行了总结,同时针对本文的研究指出了不足之处。并提出了更多形式的蜂窝微穿孔板优化、多区域蜂窝微穿孔板的隔声研究以及七区域蜂窝微穿孔结构更多尺寸的优化三个研究方向,为后续研究提供了思路。
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