基于声学黑洞的结构声传递研究

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结构的振动和噪声控制一直以来都是研究人员所关心的重要课题之一。结构的振动不仅会影响机械设备的正常工作,甚至会导致结构的疲劳破坏。结构在振动传递的过程中所产生的噪声,还会影响工作人员的环境舒适性。对结构声的传递进行研究,有助于寻找有效的手段对其进行控制。传统阻波技术在这方面起到了很大的作用,但也在一定程度上存在缺陷。由黑洞概念所引申出来并发展为一种全新的阻波技术的声学黑洞(Acoustic Black Hole,ABH),因其结构简单,宽频高效抑制结构振动的特点,正受到越来越多研究人员的注意。目前针对声学黑洞的研究,大部分集中在梁或平板上,但在实际的应用中,板与板或者梁与梁连接成转角的现象更为普遍。本文利用有限元的方法,在COMSOL Multiphysics上建立与传统阻波技术相结合的各转角耦合板,研究振动在内嵌声学黑洞耦合板和与之形成对比的均匀耦合板的情况,并分析耦合板转角对振动传递的影响。首先,探讨声学黑洞结构参数对内嵌声学黑洞结构的各转角耦合板进行研究,仿真结果表明,低于1k Hz时,声学黑洞中心平台和截断的增加、声学黑洞长度的减少,会抑制结构中的振动传递到下游结构,但在频率高于1k Hz时,情况却相反。在声学黑洞结构参数一定时,转角的增大,会使结构中振动传递增加。然后,探讨声学黑洞结构与传统阻波技术相结合后的各转角耦合板的振动传递情况,结果表明,在线载荷以模拟平面弯曲波入射的条件下,内嵌声学黑洞的耦合板相比于均匀耦合板,能在高频区域实现横波振动能量的聚集,使得传递到下游结构的振动大幅度减少,但对纵波传递的抑制效果与均匀耦合板差别不大;声学黑洞结构附加阻尼或者阻振质量,能很好的抑制声学黑洞耦合板在高频区传递到下游结构中,其实现的原理一个是在声学黑洞结构区域附加阻尼,以吸收结构的振动,另一个是在转角板耦合处附加阻振质量,以实现对高频振动的“阻挡”;声学黑洞结构耦合板同时附加阻振质量与阻尼,可使结构的振动进一步得到抑制;在点载荷激励下,声学黑洞结构也能实现如线载荷下的振动抑制效果。最后,通过实验的方法,验证声学黑洞耦合板点激励下的频响,实验结果与仿真结果具有相同的曲线趋势,证明论文仿真计算的可行性;同时,在实验中对声学黑洞结构附加阻尼,使得点激励下的频响得到了很好的抑制。
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