Page 55 - 《应用声学》2019年第6期
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第 38 卷 第 6 期              李晨曦等: 穿纤维微穿孔板吸声系数的有限元仿真                                           957


             模拟微穿孔板的吸声特性,可以用该模型对穿纤维                            2.2  穿纤维微穿孔板的吸声系数试验
             的微穿孔板进行有限元仿真。                                         本文用阻抗管法进行吸声系数试验,如图 7 所
                   1.0                                         示。本文使用的是 B&K 公司的 4206 型阻抗管及其
                                              ေ᝷ϙ              适配的传声器、功率放大器,信号采集系统为 Pulse
                   0.8                        ͌ᄾፇ౧
                                              តᰎፇ౧             3560C系统,并用白噪音信号进行激励。
                  ծܦጇ஝ α  0.6                                                      ͜ܦ٨  ͜ܦ٨

                   0.4
                                                                       ܦູ                    តᰎನֶ
                   0.2

                    0                                                                             Ցᑀ౜
                      200  400  600  800  1000 1200 1400 1600
                                   ᮠဋ/Hz
                                                                         图 7  阻抗管法测吸声系数示意图
                图 4 理论、仿真和试验得到的无纤维微穿孔板的吸
                                                                  Fig. 7 The measurement of the sound absorption
                声系数,后空腔深度为 10 mm
                                                                  coefficient using the impedance tube with two mi-
                Fig. 4  Comparation of the sound absorption
                                                                  crophones
                coefficients obtained by the classic theory, the
                proposed simulation, and the measurement, the      微穿孔板远离声源端附加一个 10 mm 厚的空
                depth of the backing cavity is 10 mm           气层作为后空腔。测试过程中采集两个传声器之间
                                                               的传递函数,以此计算出微穿孔板和后空腔组合结
             2 穿纤维微穿孔板有限元模型的试验验证
                                                               构的吸声系数。后空腔的影响未在有限元仿真模型
                                                               中模拟,但可以用仿真得到的声阻抗加上后空腔的
             2.1 穿纤维微穿孔板的制备
                                                               声阻抗来模拟含后空腔的微穿孔板声阻抗,从而得
                 为验证本文提出的有限元模型,本文制备了穿
                                                               到含后空腔的微穿孔板吸声系数。考虑到实际测量
             入铜纤维的微穿孔板。微穿孔板由环氧树脂制成,
                                                               重复装配过程中后空腔厚度的误差以及穿入金属
             按表 1 所示的结构参数用台钻穿孔。穿入的铜纤维
                                                               纤维后金属纤维厚度对后空腔的影响,本文中计算
             如图5 所示,其材料参数如表 1所示。图6 是穿入 11
                                                               中的后空腔厚度允许±2 mm误差。
             根铜纤维后的微穿孔板。
                                                               3 穿纤维微穿孔板吸声系数试验结果与仿
                                                                  真结果的对比


                                                               3.1  穿入纤维对微穿孔板吸声系数的影响
                                                                   本文对比了微穿孔板穿入 3 根、7 根、11 根金属
                                                               纤维前后吸声系数的仿真结果和试验结果,分别如
                        图 5  穿入微穿孔板的铜纤维
                                                               图 8 和图 9 所示。仿真结果和试验结果均含有后空
                Fig. 5 The copper fibers inserted into the MPP
                                                               腔影响,后空腔厚度如 2.2 节所述。图 8 中的吸声系
                                                               数仿真结果显示,随着穿入纤维数量的增加,吸声系
                                                               数的峰值降低,吸声系数峰值出现的频率向低频移
                                                               动。图 9 的试验结果显示相同的峰值降低、频率向
                                                               低频移动的趋势。图 10 为用微孔体积减去穿入纤
                                                               维体积求得的等效孔径和等效穿孔率代入经典微
                                                               穿孔板理论求得的穿入纤维的微穿孔板吸声系数
                                                               理论值,与试验结果有较大差异,证明了使用有限元
                                                               模型对穿入纤维的微穿孔板进行仿真的必要性。由

              图 6  穿入铜纤维后的微穿孔板,穿入纤维数量为 11 根                    此可见,本文提出的有限元模型可以有效模拟穿入
                Fig. 6 The MPP with 11 copper fibers inserted   纤维前后微穿孔板的声学特性。
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