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如何實(shí)現(xiàn)材料聲特性的設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)管理

2019-07-10 21:33:41·  來(lái)源：試驗(yàn)?zāi)屈c(diǎn)事  作者：馮濤  
　
一、聲學(xué)工程中經(jīng)常面對(duì)的難題... 1 多數(shù)噪聲的低頻段聲能量高，而單一均質(zhì)的材料，不論薄厚，低頻段的吸聲量與隔聲量卻都很小2 聲學(xué)工程往往會(huì)對(duì)材料的中低頻聲
一、聲學(xué)工程中經(jīng)常面對(duì)的難題...    

1 多數(shù)噪聲的低頻段聲能量高，而單一均質(zhì)的材料，不論薄厚，低頻段的吸聲量與隔聲量卻都很小

2 聲學(xué)工程往往會(huì)對(duì)材料的中低頻聲學(xué)特性提出特定的要求，但卻沒(méi)有根據(jù)需求實(shí)現(xiàn)材料聲特性計(jì)算設(shè)計(jì)的平臺(tái)

3 現(xiàn)有的計(jì)算模型功能單一、適用面窄，聲學(xué)材料的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)基本依賴于實(shí)驗(yàn)，效率極低

4 盡管知道多層材料可以改善材料整體的聲特性，但難以獲得優(yōu)化組合方案

5 眾多材料的聲特性數(shù)據(jù)無(wú)法有效管理，難以為其他聲學(xué)設(shè)計(jì)軟件提供可靠的物性參數(shù)

二、為需求而設(shè)計(jì)-變“地毯轟炸”為“精確制導(dǎo)”        

2.1 中低頻-聲學(xué)材料的“痛”

實(shí)際工程中，噪聲能量大多集中在中低頻段，其中很多情況還會(huì)呈現(xiàn)出明顯的窄帶特性如圖1，但常用材料的聲特性又如何呢？圖2是它們隨頻率變化的一般趨勢(shì)，可以看出，頻率越高，材料的吸隔聲特性越好，但卻與圖1噪聲能量的頻率分布正好相反。增大材料厚度可以整個(gè)頻率段的吸隔聲量，卻并非針對(duì)低頻噪聲頻譜特點(diǎn)，有效提高材料低頻段吸隔聲特性，就像是地毯轟炸，但現(xiàn)在地球人都知道，精確制導(dǎo)才是效果最佳、效率最高的方式。

圖1

圖2

2.2 不懈地追尋

馬大猷先生提出的微穿孔板吸聲材料可通過(guò)微穿孔板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)特定要求的吸聲特性，還有很多中外學(xué)者一直在研究探索材料聲特性的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，材料吸隔聲特性的“精確制導(dǎo)”，一直以來(lái)都是聲學(xué)研究人員追求的目標(biāo)。單純的理論計(jì)算與實(shí)際差距較大，完全的試驗(yàn)摸索又導(dǎo)致設(shè)計(jì)效率極低。什么時(shí)候可以實(shí)現(xiàn)特定目標(biāo)下材料聲特性的設(shè)計(jì)？怎樣才能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)結(jié)果與實(shí)測(cè)基本一致？有沒(méi)有可能不再要求設(shè)計(jì)人員必須具備深厚的聲學(xué)理論基礎(chǔ)？等等…大家一直都在苦苦追尋。

2.3 MultiLayer-讓聲學(xué)材料可以“精確制導(dǎo)”

MultiLayer以多層材料中聲傳播理論為基礎(chǔ)，建立了數(shù)值與實(shí)驗(yàn)混合的材料聲特性計(jì)算模型，在基本聲學(xué)材料庫(kù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了新型多層聲學(xué)材料的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。MultiLayer可兼顧準(zhǔn)確和效率，實(shí)現(xiàn)了材料聲特性的優(yōu)化設(shè)計(jì)。特別適用于聲學(xué)工程中材料吸隔聲特性的設(shè)計(jì)計(jì)算、安裝方法的影響評(píng)價(jià)、多層材料聲特性的預(yù)估以及新型聲學(xué)材料的生產(chǎn)制造等工程應(yīng)用領(lǐng)域。

三、MultiLayer特色優(yōu)勢(shì)        

1 有限材料類型滿足無(wú)限聲學(xué)需求

2 材料低頻聲特性設(shè)計(jì)，定向應(yīng)對(duì)低頻噪聲頑疾

3 立足實(shí)際材料特性，推算無(wú)限設(shè)計(jì)組合

4 無(wú)縫融合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，自行擴(kuò)展材料數(shù)據(jù)庫(kù)

MultiLayer材料聲特性設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)管理軟件簡(jiǎn)介

選擇合適的聲學(xué)材料是實(shí)現(xiàn)聲學(xué)工程設(shè)計(jì)目標(biāo)的重要手段。下圖是四種材料的吸聲系數(shù)隨頻率變化曲線。從圖3中可以看出，頻率越低，單一均質(zhì)材料的吸聲量越小；將多種單一均質(zhì)材料多層復(fù)合，則有可能獲得較好的低頻聲學(xué)特性，下圖所示的泡沫-鋁板多層復(fù)合材料相比于單純地泡沫材料其低頻吸聲特性有了很大改觀。但在目前的聲學(xué)工程領(lǐng)域一直以來(lái)都缺乏一套專業(yè)的軟件平臺(tái)，可以圍繞特定吸隔聲目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)材料聲學(xué)特性的設(shè)計(jì)優(yōu)化。 
圖3

MultiLayer以多層材料中聲傳播理論為基礎(chǔ)，建立了數(shù)值與實(shí)驗(yàn)混合的材料聲特性計(jì)算模型，在基本聲學(xué)材料庫(kù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了新型多層聲學(xué)材料的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，是多層材料低頻吸隔聲特性優(yōu)化設(shè)計(jì)的有效平臺(tái)。

1 工程中常用聲特性參數(shù)的種類

- 剛性壁背襯條件下吸聲系數(shù)或聲表面阻抗率 

- 空氣層背襯吸聲系數(shù)或聲表面阻抗率 

- 材料傳聲損失 

2 軟件適用的聲學(xué)材料

- 纖維材料，包括玻纖、紡織纖維、金屬纖維、毛氈等

- 多孔材料，包括塑料泡沫、金屬泡沫、珍珠巖等

- 薄板材料（含穿孔板），金屬、塑料、其它材料

3 軟件平臺(tái)的特點(diǎn)

- 基礎(chǔ)材料數(shù)據(jù)可定制

- 材料有限，組合無(wú)限

- 實(shí)驗(yàn)與數(shù)值混合模型，計(jì)算預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)更為接近

- 以多層組合方式實(shí)現(xiàn)材料聲特性優(yōu)化設(shè)計(jì)

4 軟件的主要功能

- 兩種設(shè)計(jì)模式，人機(jī)交互式，自動(dòng)優(yōu)化

- 基本材料庫(kù)可定制，方便擴(kuò)展

- 顯示模式多樣

- 數(shù)據(jù)導(dǎo)出方式多樣（吸聲、隔聲、聲表面阻抗率）

5 應(yīng)用領(lǐng)域

- 運(yùn)輸工具（汽車、高鐵及飛機(jī)）艙室聲學(xué)包設(shè)計(jì)

- 多層材料低頻吸隔聲特性設(shè)計(jì)優(yōu)化

- 機(jī)電產(chǎn)品低噪聲設(shè)計(jì)

- 其它需要使用聲學(xué)材料的場(chǎng)合
? 
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