Page 171 - 《应用声学》2022年第4期

第 41 卷 第 4 期 陆志猛等： 薄膜型声学超材料对低频振动的隔声特性分析 669

在采用隔声罩对混合机进行噪声处理时，需要
1 模型及方法
将隔声罩的内壳罩设于混合机的外侧，这样，整个隔
1.1 高效共振混合机的工作原理 声罩就罩于混合机的外侧。混合机运行产生大量的
噪声，而隔声罩罩住了混合机，降低了噪声向外辐射
高效共振混合机作为一种新式的混匀、装药工
的程度。由于内壳具有多个通孔且所述内壳的通孔
具，以其无桨、安全、高效的特点被称为混合行业
的直径小于等于所述内壳的厚度，这样结构的内壳
技术颠覆者 [24] 。高效共振混合机是令设备在共振
能够有效地吸收噪声且能将噪声吸入内壳和外壳
条件下，使混合容器及物料在垂直方向上产生高加
之间，噪声会被内壳和外壳之间的吸声材料吸收，从
速度 (高达 980 m/s ) 振动，实现多种物料的高效混
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而减少了从隔声罩内传播到隔声罩外的噪声，即降
合。在共振混合过程中，系统的电机旋转 (转速为
低了混合机运行的噪声对隔声装置以外的外部环
3600 r/min) 产生的机械能通过弹簧质量块系统转
境的影响。但高效共振混合机采用 50∼100 mm 隔
化成振动平台的低频振动能，待混物料在轴向方向
声罩后，综合隔声效果小于 10 dB，且隔声罩的质量
产生振动低频，实现物料的高效混合。
较大。
高效共振混合机的二自由度振动模型如图 1所
示。图 1 中，m 1 为负载块质量，m 2 为驱动块质量； 1.3 仿真分析
c 1 、c 2 和 c 3 为阻尼系数；k 1 、k 2 和 k 3 为弹簧的刚度； 采用多物理场有限元软件构建薄膜型声学超
F 为正弦激振力。 材料隔声装置的声学仿真模型，并开展参数化仿真
计算。其中，参数包括薄膜面密度、质量块面密度、
基本单元边长、格栅厚度、薄膜张紧度、厚度等。
k 
c 
在仿真分析中，将隔声装置置于长方体中，前
m 
后两面作为声波入射面和声波透射面，其余四面作
x 
k  c 
为完全反射声音的硬声场，通过计算得出其STL(噪
m  声通过材料前后的声能量比)，
x 
( )
k  (1)
F c  STL = 10 lg W in /W out ,
∫ 2
1 P in
W in = ds, (2)
图 1 二自由度振动模型
S 1 ρ 0 C 0
Fig. 1 Two-degree-of-freedom vibration model 1 ∫ P 2
W out = out ds, (3)
高效共振混合机在高加速度工作时，系统共振 S 2 ρ 0 C 0
频率为60 Hz左右，低频声波的穿透力强，混合能力 其中，W in 为入射声能，W out 为透射声能；仿真分析
为20 kg 的混合机周围 1 m 处的分贝值接近 85 dB。 中定义的入射声压P in 为1 Pa；P out 是透射声压，通
过计算可得；ρ 0 C 0 为声阻抗；S 1 、S 2 分别是声波入射
当更大型号设备共振时，设备产生的噪声超过工业
面和声波透射面的面积；扫描频率段为 50∼500 Hz；
生产要求，需要开展隔声降噪工作。
步长为1 Hz。
1.2 隔声罩
2
ρ 表示本实施例的等效面密度，单位为 kg/m ；
隔声罩包括内壳、外壳以及填充于内壳和外壳 STL 波谷处与 ρ = 0 时的频率相同，而 STL 波峰处
之间的吸声材料。隔声罩隔声层结构示意图如图 2 与ρ的绝对值为最大值时的频率相同。
所示。 ρ = 0 时，隔声装置产生了共振，在入射声压作

1 2 用下，装置入射声压方向的加速度很大，此时隔声装
置的振动最剧烈，因此隔声效果最差。
3
ρ 的绝对值为最大时，表明入射声压作用下，隔
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1.Яܧᄊᤰߘ; 2.Яܧ; 3.ծܦెந; 4.ܱܧ 声装置在入射声压方向的加速度幅值处于最小值，
图 2 隔声罩隔声层结构示意图 此时振动最不剧烈，因此隔声效果最好。
Fig. 2 Schematic diagram of the sound insulation 多物理场声学仿真计算得出的 STL 和等效面
layer structure of the sound insulation cover 密度如图 3 所示，由于多物理场仿真分析中未考虑