Page 64 - 《应用声学》2024年第6期
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             所示,实验与仿真结果曲线基本一致,在 120 ∼                          吸声频段内的吸收效果明显提升。当孔径为0时,吸
             160 Hz 频段内的吸声系数均大于 0.9,实现了 40 Hz                  声棉会影响 SHRs 结构的低频性能,在 120∼160 Hz
             带宽的低频高效吸收,可以有效吸收掉此频率范围                            频带内的吸声值跌至 0.8 以下。随着穿孔直径的增
             内的低频宽带噪声。                                         加,棉材料对 SHRs结构吸声的影响就越小,观察曲
             2.3 SHRs与多孔材料级联复合吸声结构                             线可以看到穿孔半径由 0 增大至 4 mm 时,吸声效
                                                               果为整体的提升,但由 4 mm 增加到 8 mm 时,小于
                 SHRs 结构在低频内的吸收能力较强,而多孔
                                                               120 Hz 频带内吸声效果会变差,大于 120 Hz 频段
             材料具有中高频宽带的强吸收效果,于是将 SHRs
                                                               吸声性能增强。根据声电类比原理,声阻抗的实部
             与多孔材料相结合形成了更加宽频带的吸声材料,
                                                               与虚部分别对应于能量的耗散与存储,想达到完美
             如图 5 所示。由于多孔材料与 SHRs 结构之间会存
                                                               声吸声需要在能量耗散与存储中达到平衡,声阻抗
             在阻抗失配的效果,因此分析了不同多孔材料厚度
                                                               实部和虚部需快速接近 1 和 0。从阻抗曲线也可以
             对吸声曲线的影响,并且对多孔材料进行穿孔,使
                                                               看出声阻在大于 100 Hz 范围基本稳定在 1 处,声抗
             得声波更容易通过多孔材料进入谐振腔体内部,从
                                                               基本稳定在0 处,说明优化后的结构与阻抗匹配,声
             而提升结构的整体吸声性能。图5(a)为SHRs结构,
                                                               波能够很好地进入耦合结构内部,同时能量转换效
             图 5(b) 为穿孔的多孔材料结构,多孔材料类型为三
                                                               率较高,入射声能消散损耗几乎罄尽,证明了 SHRs
             聚氰胺棉,图5(c) 为 COMSOL 软件仿真模型,最下
                                                               与多孔吸声材料耦合结构设计的准确性。
             层为平面波入射区域,图 5(d) 为网格划分示意图,
             完整网格包含414722个域单元。                                        1.0
                 三聚氰胺棉的JCA模型参数如表1所示。                                                               0 mm
                                                                      0.8         1.0              2 mm
                                                                                                   4 mm
                                                                                  0.8              6 mm
                                                                      0.6
                                                                    ծܦጇ஝  0.4     0.6              8 mm
                                                                                  0.4
                                                                                                    ܳߘ
                                                                                  0.2               ెந
              (a) SHRsծܦፇ౞
                                                                      0.2         0
                                                                                      100  150  200  250
                                                                       0
                                                                           10 2.0  10 2.5  10 3.0  10 3.5  10 4.0
                                                                                     ᮠဋ/Hz
                                                                               (a) ᤰߘᄰय़ࠫծܦᄊॖ־
                                                                       2

                                                                       1
                                                                     ᫾ઈඋ  0
             (b) եᤰߘᄊܳߘెந   (c) COMSOL͌ᄾവی    (d) ᎪಫѳѬᇨਓڏ
                      图 5  SHRs 及其多孔材料级联结构
                                                                     -1                            ܦ᫾
               Fig. 5  SHRs and its porous material cascade
                                                                                                   ܦઈ
               structure
                                                                     -2
                                                                       0      2     4     6      8     10
                        表 1  三聚氰胺棉 JCA 模型                                            ᮠဋ/kHz
                Table 1 JCA model of melamine cotton                             (b) ጟᐏፇ౧ܦ᫾ઈజጳ

               JCA     流阻率/                 黏性特征    热特征              图 6  通孔直径的影响及级联结构阻抗曲线
                               孔隙率 曲折度
               模型     (N·s·m −4 )           长度/µm 长度/µm           Fig. 6 Influence of the diameter of the through
              三聚氰胺      6414   0.983  1.05   168.9   201.7        hole and impedance curve of cascade structure

             2.3.1 通孔直径的影响及阻抗特性分析                              2.3.2 多孔材料厚度的影响及实验验证
                 保持 SHRs 结构和三聚氰胺厚度 (200 mm) 不                      保持 SHRs结构和棉穿孔半径 (6 mm) 不变,改
             变,对三聚氰胺棉进行穿孔,仿真结果如图 6 所示。                         变吸声棉厚度,吸声曲线如图 7 所示。相对于无
             相对于只含多孔材料吸声工况,复合结构在 SHRs                          多孔材料 SHRs 结构,厚度增加提升了 120 Hz 以
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