木质穿孔板结构的吸声性能及模拟仿真研究

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中密度纤维板(MDF)具有静载荷强度高、尺寸稳定性优、防水性较好等特点,应用广泛。以该材料为基材加工的木质穿孔板吸声结构符合吸声材料无纤维化的发展趋势。本文以MDF木质穿孔板吸声结构为研究对象,对其吸声性能进行深入研究,旨在发现该结构吸声性能的变化规律,为发展先进吸声结构提供方法论的基础和技术支持。课题研究主要采用了实验测试和计算机模拟仿真的方法,将木材学、建筑声学、有限元理论、统计学等多学科知识交叉运用,确保了研究基础的广泛性和研究结果的可靠性。研究针对吸声结构的不同状况利用驻波管法对其吸声系数进行了实际测试,并且运用统计学分析软件SPSS进行了吸声结构各影响因素间的相关性分析。为了检验MDF木质穿孔板吸声结构对建筑声场的影响,通过声场仿真软件ODEON,模拟了某建筑指定表面赋予本文研究的穿孔板吸声结构后室内声压级和混响时间的分布状况,分析结果证实了木质穿孔板吸声结构在改善音质和控制噪声方面所起的作用。通过驻波管现场实验测试,发现MDF木质穿孔板吸声结构具有以下吸声规律:随者孔径的减小,结构的高频吸声性能得以提高:穿孔率是影响吸声结构高频吸声性能的主要因素;板厚主要影响吸声结构的高频吸声性能,厚度增加,共振频率稍向低频方向移动;随着板后空腔深度的增加,结构的低频吸声性能增强:当有空腔深度时,在低频范围,较小穿孔率吸声性能好,但在较高频率范围,较大穿孔率吸声性能好。孔形状对结构的吸声性能几乎没有什么影响,所以穿孔应采用加工工艺性好和易于清扫的圆孔;从孔的排列方式看,不管穿孔板上的孔为非均匀排列组成美丽的图案,还是孔均匀排列,板厚、穿孔情况完全相同的的两块穿孔板,其吸声规律基本上是一致的。有无饰面对吸声性能影响不大,故可在制作穿孔板的MDF上覆以饰面,以期获得最佳的声学和装饰综合效果。为了使工程师在设计之初就能预测吸声结构的吸声性能,计算机模拟仿真技术是现代吸声科学研究的必然发展趋势。本文在驻波管法实验研究的基础上,采用了有限元法对木质穿孔板的吸声性能进行模拟仿真。具体过程包括:实体建模、网格划分、施加载荷、求解和显示结果等工作。有限元法研究结果表明:有限元分析软件ANSYS用于木质穿孔板吸声结构的吸声性能分析效果显著。在声压级分布图上,在所建模型的声源与被测材料之间形成了多个峰、谷交替存在的声压分布区,这与驻波管实验设备的测试结果是相符的。穿孔板各结构参数和声源频率改变,求解的结果亦随之发生相应地变化。模拟仿真与驻波管法所得到的吸声系数曲线分布趋势相同,经误差分析,3个算例中的最大误差为6.73%,最小为3.11%,结果证明了方法的可行性和有限元模型的可靠性。因此,有限元法研究木质穿孔板吸声性能能够满足精度方面的要求。
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