壓電復(fù)合結(jié)構(gòu)主動(dòng)吸聲理論與方法研究.pdf

1、被動(dòng)吸聲是指利用材料的聲阻抗特性及聲學(xué)共振等將聲能轉(zhuǎn)化成熱能而耗損來達(dá)到吸聲降噪的目的。主動(dòng)吸聲是指從噪聲傳播途徑和受聲體上進(jìn)行控制，它的控制目標(biāo)是使得吸聲材料、結(jié)構(gòu)表面的聲阻抗與前方媒質(zhì)相匹配，聲波在其中傳播就如同沒有分界面一樣，從而使得入射聲波的反射系數(shù)很小或接近于零。它們在不同頻率的吸聲上有著各自的優(yōu)缺點(diǎn)，本文在通過分析國內(nèi)外主動(dòng)吸聲、水下被動(dòng)吸聲研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出將壓電材料與被動(dòng)吸聲材料、結(jié)構(gòu)結(jié)合起來進(jìn)行主被動(dòng)復(fù)合吸聲的方法

2、。建立了壓電復(fù)合吸聲結(jié)構(gòu)的聲阻抗預(yù)測模型、吸聲特性預(yù)測模型和有限元模型，對壓電復(fù)合結(jié)構(gòu)的吸聲機(jī)理進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究。論文的主要工作如下：
　　 研究了壓電陶瓷、壓電復(fù)合材料被動(dòng)吸聲時(shí)吸聲系數(shù)和主動(dòng)吸聲時(shí)表面聲阻抗的理論計(jì)算方法。分析了壓電材料的被動(dòng)吸聲情況，討論了壓電復(fù)合材料中壓電陶瓷和橡膠各自對聲波衰減所做的貢獻(xiàn)，驗(yàn)證了壓電材料作為水下主動(dòng)吸聲材料的可能性，為進(jìn)一步的研究奠定了基礎(chǔ)。
　　 壓電復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行主動(dòng)吸聲時(shí)

3、的解析方法研究。采用傳遞矩陣法對均勻橡膠層-單壓電層、均勻橡膠層-雙壓電層和非均勻橡膠層-單壓電層復(fù)合結(jié)構(gòu)的不同橡膠材料屬性、物理參數(shù)和邊界條件下的控制電壓幅值和相位進(jìn)行了理論計(jì)算，證明了將壓電材料與被動(dòng)吸聲材料、結(jié)構(gòu)結(jié)合起來可以有效的拓寬吸聲頻帶。研究結(jié)果表明控制電壓幅值與無控制電壓下的吸聲系數(shù)關(guān)系比較密切，當(dāng)無控制電壓下的吸聲系數(shù)較高時(shí)相應(yīng)的控制電壓幅值也較低。
　　 壓電復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行主動(dòng)吸聲時(shí)的數(shù)值方法研究?？紤]了空腔對聲

4、波的諧振吸收、水與吸聲結(jié)構(gòu)的聲固耦合等解析法中未考慮的問題，建立了壓電復(fù)合吸聲結(jié)構(gòu)的多物理場耦合有限元模型，采用有限元軟件ANSYS分析了無限水域中壓電復(fù)合吸聲結(jié)構(gòu)對聲波的反射特性，計(jì)算得到了施加控制電壓前后壓電復(fù)合結(jié)構(gòu)前方的聲壓云圖。
　　 根據(jù)壓電復(fù)合吸聲結(jié)構(gòu)的自身特點(diǎn)，采用最優(yōu)控制理論中的線性二次型最優(yōu)控制算法和使得聲反射聲壓為零的控制原則建立控制策略，設(shè)計(jì)了壓電復(fù)合吸聲結(jié)構(gòu)的主動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用檢測得到的入射和反射聲