球面波入射条件下薄板结构隔声特性研究

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轻质薄板结构广泛应用于车辆、轨道交通、电网设备以及航空航天等领域。如何在降低结构重量的同时,维持其优异的隔声性能是工程应用中的重要问题。目前的隔声理论大都将声场入射条件假设为平面波或扩散声场,而在实际应用中,很多场合声场入射条件可近似为点声源或面声源(如航空发动机引起的飞机座舱噪声问题),此时入射声波波阵面近似为球形或若干个球形声波的叠加。球面波入射条件下薄板结构隔声特性与平面波入射有显著区别。因此,深入开展球面波入射下典型薄板结构隔声特性研究,具有重要的学术和工程应用价值。本文推导了约束阻尼板和双层板在球面波入射条件下的隔声计算公式,得到了隔声量所遵循的一般规律;此外,结合电抗器隔声罩的工程应用,对比分析了工程法与有限元法两种隔声罩隔声性能计算方法。文章的主要研究内容和取得的成果包括:(1)推导了球面波入射下约束阻尼板传声损失计算公式,分析了约束阻尼板在球面波入射下的隔声特性,发现其隔声量遵循以下规律:面板质量或频率增加一倍,隔声量增加3-6dB。另外分析了点源距离、材料、粘弹性层的厚度、剪切模量以及阻尼和损耗因子在球面波声场入射下对约束阻尼板的传声损失影响。(2)分别推导了球面波入射条件下双层无限大板以及双层有限大板结构的传声损失计算公式。发现球面波入射下双层板结构隔声遵循以下规律:对于双层无限大板,在第一共振频率之上,单位面积内面板质量或频率增加一倍,传声损失遵循9dB/oct的规律;而对于双层有限大板,单位面积质量或频率增加一倍,传声损失介于9dB/oct到18dB/oct之间,且很大程度上取决于板与声源之间的距离以及板的尺寸。这一规律与平面波(或扩散声场)入射时有着显著的不同:平面波入射时,双层有限大板的隔声量在中频区域遵循单位面的质量或频率增加一倍,隔声量提高18dB的规律。此外还分析了面板材料、面板厚度以及空腔厚度等参数对于双层板结构传声损失的影响规律。(3)利用工程法与有限元法对隔声罩传入损失进行了计算分析,并进行了实验验证,结果表明工程法与有限元法均能在一定程度上预测隔声罩的传声损失的趋势,但与有限元法相比,工程法计算效率更高,应用更加快速简便。
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