多孔材料声学特性分析及大型邮轮舱室降噪应用

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大型邮轮是高端旅游休闲项目,在安全性、舒适性及节能环保方面的要求比普通船舶更加严苛。安装多孔吸声材料是有效抑制噪声的手段。本文以聚氨酯泡沫材料为例,主要分析了多孔吸声材料的声学特性,并且对三层聚氨酯泡沫的孔隙率进行优化,将其应用于大型邮轮的居住舱室中。论文的主要内容包括:首先,对多孔材料的声学特征参数进行表征。对材料的孔隙率和流阻率进行测量,得到实测值。运用传递函数法对多孔材料的吸声系数进行测量,得到吸声特性曲线。基于孔隙率、流阻率和吸声系数的实验值,进行参数反演得到曲折因子、粘性特征长度、热特征长度。将反演参数再次模拟得到数据,并将其与试验结果进行比较,从而证明了该方法的可行性。其次,以两种不同容重的聚氨酯泡沫为对象,利用实验验证了Johnson-ChampouxAllard模型的可行性。基于Johnson-Champoux-Allard模型对单层聚氨酯泡沫的声学性能进行研究。以物理参数(材料厚度、背腔厚度)和声学特征参数(孔隙率、流阻率、曲折因子、粘滞特征长度、热效特征长度)为变量,对单层聚氨酯泡沫的声学性能进行讨论。研究发现,增加材料厚度和背后空腔厚度均可以拓宽材料的吸声频带。在声学特征参数中,孔隙率、流阻率、曲折因子、粘滞特征长度对单层多孔材料影响较大,热效特征长度影响较小。材料的孔隙率、流阻率、曲折因子越大,吸声性能越好。材料的粘性特征长度越大,吸声性能有下降的趋势。然后,建立多层介质的传递矩阵,并将其与Johnson-Champoux-Allard声学模型相结合,导出多层吸声材料的吸声系数的理论表达式。基于单层材料的研究结论,研究孔隙率、流阻率、曲折因子、粘性特征长度对多层材料的影响。研究发现,第一层材料的孔隙率、流阻率、曲折因子对多层材料的吸声性能影响较大,粘性特征长度对多层材料的吸声性能影响较小。运用响应面法分析孔隙率对三层材料吸声性能的影响,发现第一、二层材料孔隙率的交互作用对三层材料的吸声性能影响较大。对三层材料的孔隙率进行优化,在50~2000Hz,材料的平均吸声系数提高。最后,分析多孔材料在大型邮轮居住舱室的应用。基于Sound PLAN几何声学方法对邮轮舱室内部声学环境进行模拟分析。以空调出风口的噪声为噪声源进行分析,选取适宜材料组合对居住舱室噪声控制进行方案设计,在内部舾装总厚度不变的情况下,以岩棉、聚氨酯和PVC硬板为声学材料设计四种方案,依据某大型邮轮实际情况对各居住舱室进行舾装,将各个方案应用于大型邮轮典型居住舱室,对比各个方案的降噪效果,选取最佳设计方案。分别在家庭套房舱室、内舱房、阳台房舱室进行噪声控制处理,使居住舱室内的声压级分别降低了8.37dB、6.88d B、8.72dB,取得了良好的降噪效果。
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