摘要：基于声电类比,设计了与电滤波器性能相似的低频消音结构,并结合传递矩阵法和模拟退火法,构造了声学结构的优化设计策略。首先,采用归一化方法,以四阶切比雪夫高通电滤波器为基准,设计了电学带阻滤波器;然后,基于声电类比,将电路中的电感电容转换为声学结构中的细管和圆柱腔,构造了消音结构原型,并利用传递矩阵法,建立其数学模型,推导声波传递损失表达式;最后,结合声学结构的数学模型和模拟退火法,以有效衰减带宽最大为目标,以消音结构的尺寸参数为变量,对原型结构进行优化设计。结果表明:基于声电类比,能获得合理的消音结构原型,克服了仅依靠经典消音结构进行设计的局限;结合推导的传递损失数学模型和模拟退火法,对消音结构原型进行参数优化,能显著提高其消音效果,表现在传递损失超过20 dB的带宽拓宽至410~2 165 Hz,是优化前带宽的202%,特别是优化后的结构克服了原型结构在466~537 Hz频率内不能实现有效消音的缺陷,获得了连续的大跨度有效带宽,且传递损失曲线平均增幅达22.8%。

摘要：基于三维有限元的时域仿真法,探讨了建立声学结构单元传递函数模型的一般方法。所建立的声学单元传递函数由结构参数高精度表达,能简化一般声学结构设计问题的流程。首先,建立了两种声学结构单元,仿真其幅频特性,并结合试验测量,验证幅频特性曲线的准确性,而后基于幅频特性曲线拟合传递函数,选择精度最高的零极点匹配方案,确定拟合传递函数的最优型式。结果表明,匹配7个极点和无零点来拟合膨胀腔单元的传递函数,匹配2个极点和2个零点来拟合亥姆霍兹共振腔单元的传递函数,拟合精度最高。然后,分析声学单元的结构参数对幅频特性的影响,并基于拟合传递函数的最优型式,通过数值仿真和拟合计算,建立由结构参数表达的声学结构单元传递函数模型。最后,构造了由膨胀腔和亥姆霍兹共振腔构成的复合声学结构,通过单元传递函数的组合计算,获得声学结构的总传递函数,并与COMSOL仿真结果比较,验证所建立声学单元传递函数模型的正确性,它能准确描述声学结构的传递损失特性。

摘要：为了推动微穿孔吸声体(MPA)在工程中的实际应用,本文采用数值仿真方法,研究了有限尺寸的微穿孔波纹板吸声体的吸声性能.首先,基于微穿孔板阻抗理论,并将平面波谱法和有限元分析方法耦合起来,构造了微穿孔波纹板吸声体(CMPA)的三维仿真模型,给出了在声波垂直入射和斜入射工况下,吸声体声学性能的计算列式;然后,应用有限元软件COMSOL,模拟了有限周期CMPA的吸声性能,分析了波纹深度和波纹间距与吸声性能之间的关系,以及声波入射方向对吸声性能的影响;最后,为改善吸声体对声波方向的敏感性,设计了双向波纹状微穿孔板吸声体.结果表明,在声波垂直入射和斜入射的工况下,相对于传统的平直微穿孔板吸声体,波纹板吸声体具有更好的吸声性能,包括更高的吸声系数和更宽的有效吸声频带;双向波纹板吸声体能显著改善单向波纹板对声波入射方向的敏感性,实现在更大声波入射角范围内的有效吸声,如当入射声波方位角任意且入射角在0°~45°范围内时,双向波纹板吸声体,在500~2500 Hz范围内的吸声系数都大于0.7,表现出了优良的吸声性能.

摘要：五零能模式材料是一种新型人工超材料,特征为其弹性模量矩阵的6个特征值中5个为零,可用等效体积模量来描述,表现出类似流体的性质,可被应用于声学隐声斗篷的设计中.然而,根据Norris A N[1]提出的理论,设计五零能模式材料时,与应用变换声学方法设计一般声学人工超材料不同,要求其满足一非线性偏微分方程约束.论文利用非线性有限元的完全拉格朗日方法,推导了这一偏微分方程的弱形式,并给出了相应的非线性有限元计算列式,以及迭代求解的具体算法.最后,给出了五零能摸式材料设计的二维和三维坐标变换数值算例.

摘要：以功能梯度蜂窝结构为对象,研究梯度指数的变化对准静态分析方法适用范围的影响。首先,从单胞结构尺寸和材料构成两方面考虑,探讨构造材料宏观属性的梯度变化方法,建立功能梯度蜂窝材料计算模型。然后,运用渐近均匀化方法,计算模型的宏观等效力学参数,并以这些静态参数为依据,计算材料的平均波速和波透射系数。接着,应用全位移场有限元方法,动态分析模型的波速和波透射系数,比较静态和动态的仿真结果,研究表明当梯度指数在一定范围内时,由准静态方法计算的动态参数与动态分析结果之间的误差不超过5%。最后,为进一步验证应用准静态方法预测梯度材料波动特性的适用条件,设计3种梯度蜂窝材料模型,采用准静态和动态2种方法,分别计算弹性波沿不同方向传播的波速。

摘要：为了研究一维管道Webster方程的适用范围,介绍了采用有限差分策略和通过求解线性方程组获得一维Webster方程数值解的方法。通过比较直管、圆锥管道、指数型管道和悬链线管道的数值解和解析解,分析了该数值方法的求解精度。同时,在三维LMS Virtual Lab有限元分析软件平台上,对圆锥管道、指数管道、悬链线管道等三种典型喇叭管道中的声波进行了三维仿真分析。通过比较其基于一维Webster方程的解析解和三维仿真解,讨论了它们基于一维Webster方程的解析解的适用范围。最后,应用三次样条插值方法,设计了一种样条曲线管道,其入口端和出口端的声波更接近平面波。与三种典型喇叭管道相比,采用一维Webster方程数值解能更准确地预测其三维实际管道传声问题。

摘要：B样条方法是常用工程造型软件的理论基础,是工科类学生基础理论课程的重点内容。但是由于在教学中理论和实践脱节,多数学生的现状是能够熟练应用如CAD等工程造型软件,但并不明白其原理。为实现理论和实践的无缝连接,遵循国家出台的"卓越工程师教育培养计划",在车身逆向实验教学环节中,增加B样条方法的仿真分析内容。首先,学生应用ATOS光学三维坐标扫描仪,对车身翼子板进行扫描,获得点云数据;然后,根据B样条理论,编写程序,实现翼子板曲面或轮廓曲线的重构;最后,将自己重构的曲面或曲线与ATOS的结果进行比较。这种集课堂教学、实验教学和仿真分析于一体的教学模式,是"卓越工程师教育培养计划"的有益尝试。