局域声子理论的铝合金型材低频降噪研究.docx

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局域声子理论的铝合金型材低频降噪研究

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孙召进王培培

摘要：低频噪声的降噪处理是当前工程领域建设的一个重难点问题，在高速列车行驶过程中产生的低频噪声会对人体造成危害，因此，为了能够获得有效的低频降噪方法，本文在阐述局域声子理论内容的基础上提出基于局域声子理论的铝合金型材低频降噪实施方案，旨在借助声子晶体结构的低频准禁带特点来降低低频范围内的弹性波。

关键词：局域声子理论;铝合金;低频降噪;措施

：TB：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2021.10.081

1离心通风机低频降噪试验分析

为了能够更好的解决气动噪声问题某大学开展了离心通风机降噪试验，在试压中所选择的实验风机型号为DW13-42No4.5，属于前向式多叶片离心通风机，按照《风机和罗茨鼓风机噪声测量方式》的基本规定来处理原始噪声，取风机进风口轴线上距离蜗壳侧板1m位置作为测试点，在这个测试位置上能够得到风机的总体声压级，通过声级获取声音信号和借助智能信号来收集整理仪器设备的各个数据信息。在降噪之前发现测试总声压级为77.2db，且在总体测试中低频和中频占据主要地位。

按照以往的工程建设经验在通风机叶轮进风口的位置上安装丝网结构，并将丝网结构固定在风叶机上，使其随着风机的转动发生转动。丝网安装和测量原理如图1所示，丝网降噪效果对比分析如图2所示。根据图2发现，低频和中频的噪声得到了改善，考虑到丝网结构会随着风机叶轮的高度旋转变化出现噪声，形成新的噪声源。为了能够获得十分理想的降噪效果，降低风机的全压损失，在试验中对丝网的直径大小和材质进行了调整。

2声子晶体低频准禁带及其分析

声子晶体降噪一般是利用布拉格散射和局域共振的发展机理来对各个表现进行分析，对于低频降噪，布拉格散热需要较大的声子晶体结构。局域共振机理则是要求声子晶体结构含有散热体、基体和包覆层，结构比较复杂，这一点和丝网结构要求不同。同时，在处理的时候，局域共振激励对于降低400Hz以下的低频噪声会出现比较大的困难，为了能够更好的解决死网低频降噪的问题，需要加强对声子晶体能带图的分析。声子晶体能带结构充分反映出声子晶体的各个性能指标，波矢k是横坐标，频率是纵坐标，在确定好横纵坐标之后设计出二者之间的关系曲线。声子晶体结构在带隙范围内的弹性波具备比较高的反射率和较低的吸收率，因此任何形式的弹性波一般都无法在声子晶体完全带隙中传播，基于这个特点可以设计声子晶体结构，并将噪声频带始终控制在带隙的范围内，由此达到组织频带噪声的目的。

通过使用COMSOL软件模拟来获得丝网声子晶体的能待土，在声子晶体结构周期超过7的时候就可以实现对这个结构的无限期处理。考虑到丝网单位尺寸大小和低频波长小，由此可以将丝网结构看作处于一个平面范围内，由此在处理这个结构的时候不仅能够降低问题的难度，而且还能够将误差控制在合理的范围内。

3铝合金型材外地板三角筋板研究

高速列车的地板包含外地板、间夹层、内地板，将局域范围内声子板敷设在外地板的上方是当前高速列车地板设定中应用最为广泛的三角筋板结构。按照最优化结构设计的基本参数规定，利用商业软件打造高速列车铝合金材料地板三角筋板模型。模型的长度为2240mm，宽度为1800mm，厚度为40mm，上筋厚度为3mm，下筋厚度为2.5mm，强化筋的厚度为1.8mm。按照钢筋模板的基本结构特点，将结构形式基本设定为壳单元薄板的基本形式，并对铝型材料钢筋板的结构进行模拟分析，按照实际安装过程中筋板周围的边界约束情况来设置边界固定约束，对地板结构的前六个阶固定频率开展仿真分析。

参考当前声学超材料在声学领域研究结果以及计算局域共振板声透射特性——等效介质法，将局域声子板等效动态质量密度的各个同性质均质结构整合得到局域声子板中吸振器和基体板的质量比。按照参数调整公式阻尼动力吸振器设计原理来确定最为理想的调谐频率比，吸振器等效弹簧刚度和橡胶的黏性阻尼系数。局域声子板中吸振器和基体板的质量比=阻尼动力吸振器等效质量/铝型材三角筋板质量。最为理想的调谐频率比=吸振器的设计频率/铝型材三角筋板的固有频率=1/*（1+吸振器和基体板的质量比）。

4铝型材筋板结构隔声量计算和优化

4.1结构模型声学仿真的精准性验证

借助多物理场商业仿真软件来对模型开展仿真计算分析，确定验证仿真的精准性，并将薄板的仿真结果和《噪声与振动控制工程手册》中开展的试验数据信息进行综合比对分析，选择对象的长宽高分别为1000mm、1000mm和1mm。仿真误差出现的原因是实际测量数值和仿真边界条件数值设定不一致。而出现这一问题的原因是有限元網络划分精准度、材料参数、板内部阻尼损耗因子设置对最终结果的影响。

4.2铝型材模型结构隔声量的计算和优化

对铝型材地板三角筋板开展声透射