基于声学黑洞的声学迷宫结构的优化设计

1

作者 程祎博 王晓明 梅玉林 《振动与冲击》 北大核心 2025年第1期332-342,共11页

结合理论计算、有限元仿真和试验测量,研究了基于声学黑洞的声学迷宫结构的优化设计方法,给出了具有5.01和7.75个倍频程的小尺寸、宽频吸声结构。首先,基于传递矩阵法,建立声学黑洞的数学模型,计算声学黑洞的反射系数,并将理论计算结果... 结合理论计算、有限元仿真和试验测量,研究了基于声学黑洞的声学迷宫结构的优化设计方法,给出了具有5.01和7.75个倍频程的小尺寸、宽频吸声结构。首先,基于传递矩阵法,建立声学黑洞的数学模型,计算声学黑洞的反射系数,并将理论计算结果与有限元仿真结果进行对比。然后,基于声学黑洞的导纳变化规律,设计单、双旁支管声学迷宫结构,通过优化设计,实现迷宫结构和声学黑洞导纳的匹配。最后,基于声学迷宫结构导纳的匹配结果,应用模拟退火算法构造优化模型,获得了宽频吸声的小尺寸声学迷宫结构,并打印3D样件进行试验验证。研究结果表明:应用双旁支管声学迷宫代替声学黑洞管道中的环腔,经优化设计,旁支管迷宫和声学黑洞的导纳可以实现完美匹配,并可以在保持吸声性能不变的前提下,实现结构的小尺寸设计,优化后的结构有效吸声带宽是优化前的13.36倍,倍频程是优化前的3.64倍。 展开更多

关键词 声学黑洞 声学迷宫 传递矩阵 有限元 试验测量 反射系数

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基于声电类比的低频消音结构优化设计

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作者 李奇 王晓明 梅玉林 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期201-208,共8页

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... 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%。 展开更多

关键词 声电类比 传递损失 有限元仿真 传递矩阵法 模拟退火法 声学结构

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声学结构单元传递函数的建立方法及应用

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作者 张本熙 王晓明 梅玉林 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第10期174-184,196,共12页

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... 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。 展开更多

关键词 时域 声学结构 膨胀腔 亥姆霍兹共振腔 传递函数

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中低频宽带旁支管消声器设计

4

作者 王超 梅玉林 王晓明 《声学技术》 CSCD 北大核心 2024年第6期876-886,共11页

设计了具有小尺寸的中低频宽带旁支管消声器。首先,应用传递矩阵法,建立了单旁支管消声器的声波传递损失数学模型;然后,以预设的共振频率为目标,计算单旁支管消声器的结构参数,并在分析结构参数对传递损失影响的基础上,择优建立旁支管... 设计了具有小尺寸的中低频宽带旁支管消声器。首先,应用传递矩阵法,建立了单旁支管消声器的声波传递损失数学模型;然后,以预设的共振频率为目标,计算单旁支管消声器的结构参数,并在分析结构参数对传递损失影响的基础上,择优建立旁支管消声单元;接着,将消声单元进行轴向和周向阵列,形成周期结构,研究周期性对消声性能的影响;最后,通过周期阵列具有不同共振频率的消声单元,设计了有效消声频带为493~3 033 Hz的消声结构,同时借助旁支管侧支的弯曲,实现了结构的小尺寸设计。研究结果表明,轴向分支周期数不影响共振频率,但随着周向分支周期数的增加,结构共振频率会向高频滑动,且滑动幅度会逐渐减缓;轴向分支周期数和周向分支周期数的增加,都能显著提高旁支管消声器的有效消声带宽;通过采取侧支弯曲的设计,能减小消声器的结构尺寸,且对消声性能影响不大;综合利用轴向周期和周向分支周期阵列,以及采用组合具有不同共振频率旁支管单元的方法,能获得性能优异的中低频宽带消声器。 展开更多

关键词 旁支管消声器 传递损失 共振频率 中低频 宽带

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巴特沃斯带阻声学滤波器设计

5

作者 吴雷 梅玉林 王晓明 《应用声学》 CSCD 北大核心 2024年第5期980-990,共11页

基于声电类比,通过电滤波器设计声学结构,得到的声学结构和电滤波器的滤波性能存在差异。为此,提出了针对声学结构声质量和声容的修正策略。首先,基于声电类比,建立声学滤波器的理论传递函数模型。然后,设计一阶巴特沃斯带阻声学滤波器... 基于声电类比,通过电滤波器设计声学结构,得到的声学结构和电滤波器的滤波性能存在差异。为此,提出了针对声学结构声质量和声容的修正策略。首先,基于声电类比,建立声学滤波器的理论传递函数模型。然后,设计一阶巴特沃斯带阻声学滤波器,应用有限元法仿真其传递损失,并与传递函数理论模型的计算结果进行比较。接着,采用最小二乘法构造迭代优化算法,基于有限元幅频仿真数据,拟合声学滤波器的传递函数,计算声质量和声容的理论值和拟合值之间的误差,提出声质量和声容的修正策略。最后,通过设计一阶和三阶巴特沃斯声学带阻滤波器,对修正策略进行验证。研究表明,基于声电类比设计的声学滤波器,中心频率和阻带宽度皆偏离设计目标,且相对误差随目标阻带宽度的增加而增加;修正后的一阶巴特沃斯声学带阻滤波器,中心频率和阻带宽度的相对误差均值皆小于2%;修正后的三阶巴特沃斯声学带阻滤波器,中心频率相对误差从4.6%降到0.6%,阻带宽度相对误差从7.5%降到2.5%;应用提出的声质量和声容的修正策略,能显著提高通过电滤波器预测声学结构滤波性能的精度。 展开更多

关键词 声电类比 声学结构 滤波性能 传递函数

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亥姆霍兹共振腔复合结构的吸声特性

6

作者 吴鹏 梅玉林 王晓明 《声学技术》 CSCD 北大核心 2024年第5期709-718,共10页

针对由亥姆霍兹共振腔构成的声学结构,研究了在结构尺寸不变的约束下,有效提升吸声性能的方法。首先,基于声电类比,设计了单腔亥姆霍兹共振器;然后,对单腔进行非均匀分割,形成具有不同腔深的多个亥姆霍兹共振腔,构造多腔并联结构,并建... 针对由亥姆霍兹共振腔构成的声学结构,研究了在结构尺寸不变的约束下,有效提升吸声性能的方法。首先,基于声电类比,设计了单腔亥姆霍兹共振器;然后,对单腔进行非均匀分割,形成具有不同腔深的多个亥姆霍兹共振腔,构造多腔并联结构,并建立计算吸声系数的数学模型;接着,在多腔并联结构中添加多孔吸声材料,研究材料厚度对吸声性能的影响;最后,用微穿孔板替代多孔材料,构造亥姆霍兹共振腔微穿孔板复合结构,结合微穿孔板理论,研究结构的吸声性能。结果表明,通过对单腔进行非均匀分割,构造多腔并联结构,能显著提高吸声性能,但随着腔体个数的增加,低频截止频率有向高频偏移的趋势;在多腔并联结构底部添加多孔吸声材料,对吸声性能的提升效果十分有限;在多腔并联结构中布置微穿孔板,能显著拓宽有效吸声带宽,并提高整体吸声系数;结合多腔并联结构的设计和布置微穿孔板,能实现结构吸声性能的大幅提高,且随着并联腔数的增加,吸声性能提升效果更明显,吸声系数曲线更平滑。 展开更多

关键词 亥姆霍兹共振腔 多孔吸声材料 微穿孔板 复合结构

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基于离散变量的拓扑优化方法

7

作者 梅玉林 王晓明 程耿东 《应用数学和力学》 EI CSCD 北大核心 2007年第6期631-642,共12页

单元敏度的不准确估计是离散拓扑优化算法数值不稳定的原因之一,特别是添加材料时,传统的敏度计算公式给出的估计误差较大,甚至有时估计符号都是错误的.为了克服这一问题,通过对弹性平衡增量方程的摄动分析构造了新的增量敏度估计公式.... 单元敏度的不准确估计是离散拓扑优化算法数值不稳定的原因之一,特别是添加材料时,传统的敏度计算公式给出的估计误差较大,甚至有时估计符号都是错误的.为了克服这一问题,通过对弹性平衡增量方程的摄动分析构造了新的增量敏度估计公式.这一新的公式无论是添加材料还是删除材料都能较准确地估计出目标函数增量,它可以看作是通过非局部单元刚度阵对传统敏度分析公式的修正.以此为基础构建了一种基于离散变量的拓扑优化算法,它可以从任意单元上添加或删除材料以使目标函数减小,同时为避免优化过程中重新划分网格,采用了单元软杀策略以小刚度材料模拟空单元.这一方法的主要优点是简单,不需要太多的数学计算,特别有利于工程实际的应用. 展开更多

关键词 离散变量 拓扑优化 敏度分析 矩阵摄动

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流固耦合的周期加强板的振动及声辐射研究 被引量：6

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作者 周海安 王晓明 梅玉林 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第2期287-296,共10页

研究了流体负载下的无穷大双周期加强板,在周期谐振力作用下的振动响应和声辐射,并提出了一种基于有限元和空间波数法的半解析半数值方法.首先利用有限元的方法对周期结构进行单元离散,并将结构对薄板的作用力等效为节点力的作用.然后... 研究了流体负载下的无穷大双周期加强板,在周期谐振力作用下的振动响应和声辐射,并提出了一种基于有限元和空间波数法的半解析半数值方法.首先利用有限元的方法对周期结构进行单元离散,并将结构对薄板的作用力等效为节点力的作用.然后通过周期结构的振动方程,结合薄板与结构的位移边界条件,建立了节点力与薄板节点位移的函数方程.最后应用空间波数法和傅里叶变换,并采用数值计算的方法求解出薄板的节点位移,得到了周期加强板关于离散节点位移的振动和辐射声压方程.在数值算例中,对该方法的正确性进行了验证,并且分析了周期结构对薄板的振动和声辐射的影响. 展开更多

关键词 加强板 振动响应 有限元法 周期结构 空间波数法

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无穷大周期加筋微穿孔板结构振动响应及吸声特性 被引量：3

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作者 王晓明 周海安 梅玉林 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第2期204-211,共8页

研究在平面声波斜入射情况下,无穷大双周期加筋的微穿孔薄板结构的振动响应及吸声性能。首先在马大猷和Takahashi微穿孔板声学理论基础上,建立了微穿孔加筋薄板结构振动的半解析模型;然后应用傅里叶变换及空间波数分析方法,将周期加筋... 研究在平面声波斜入射情况下,无穷大双周期加筋的微穿孔薄板结构的振动响应及吸声性能。首先在马大猷和Takahashi微穿孔板声学理论基础上,建立了微穿孔加筋薄板结构振动的半解析模型;然后应用傅里叶变换及空间波数分析方法,将周期加筋微穿孔薄板的振动位移及辐射声压表示为频域内波数的分量迭加形式;最后通过对波数分量进行求解,并利用傅里叶逆变换得到双周期加筋的微穿孔薄板的振动响应及吸声系数表达式。计算结果表明,薄板的弯曲振动在水中对吸声的影响较大,空气中仅对轻质穿孔板的低频吸声效果有一定影响;同时微穿孔率对周期加筋薄板吸声系数的影响明显,通过改变穿孔率和加筋周期等可有效地提高水中微穿孔薄板结构的吸声性能。 展开更多

关键词 振动响应 微穿孔板 空间波数 吸声 加强筋

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谐振面力作用下的无穷大双周期加筋板的振动响应分析

10

作者 周海安 王晓明 +1 位作者 宋凤敏 梅玉林 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2015年第11期1352-1359,共8页

文章主要研究了流体负载下的无穷大双周期加筋薄板,在周期谐振力作用下的振动响应。假设薄板和加强筋只存在法向力的作用,通过薄板和加强筋的位移连续条件,以及格林函数及傅立叶变换公式的应用,建立了频域内双周期加筋薄板的振动位移方... 文章主要研究了流体负载下的无穷大双周期加筋薄板,在周期谐振力作用下的振动响应。假设薄板和加强筋只存在法向力的作用,通过薄板和加强筋的位移连续条件,以及格林函数及傅立叶变换公式的应用,建立了频域内双周期加筋薄板的振动位移方程。利用空间波数法,将加筋薄板的振动位移表达为波数分量的迭加形式。通过数值计算的方法对波数分量进行求解,最后通过方程的傅立叶逆变换,得到了加筋薄板的振动方程。数值计算的结果表明文中的计算方法收敛速度快。 展开更多

关键词 振动响应 加筋板 格林函数 空间波数法

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有限周期微穿孔波纹板吸声体吸声性能研究 被引量：4

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作者 邱纪成 王晓明 梅玉林 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期939-953,共15页

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... 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. 展开更多

关键词 有限周期 微穿孔板 波纹板 吸声系数 平面波谱法 有限元分析

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一种有源滤波器中电流传感器噪声抑制电路

12

作者 李维维 兰挺进 梅玉林 《现代电子技术》 2009年第24期180-182,198,共4页

有源电力滤波器实际运行过程中存在大量实际的噪音干扰,这些干扰严重影响滤波器的工作效果。给出对于有源电力滤波器电流采样回路的分析,分析在高频干扰下可能出现的干扰现象;分析源电力滤波器对于普通并网逆变器的不同点,提出采样回路... 有源电力滤波器实际运行过程中存在大量实际的噪音干扰,这些干扰严重影响滤波器的工作效果。给出对于有源电力滤波器电流采样回路的分析,分析在高频干扰下可能出现的干扰现象;分析源电力滤波器对于普通并网逆变器的不同点,提出采样回路中低通滤波器设计的重要性和特殊性。并针对这些分析提供了一套切实可行的降低电流采样回路干扰的解决方案,在实际应用中取得了明显的效果改善。 展开更多

关键词 有源电力滤波器 信号传输 噪音抑制 电流传感器 MAX275

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浅谈将南北玉雕技术综合应用于玛瑙雕刻中的方法 被引量：2

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作者 李军 梅玉林 《天工》 2018年第1期69-69,共1页

阜新玛瑙加工历史悠久，玛瑙雕刻人员在掌握好北派玉雕工艺的同时，大量汲取南派工艺的特点，将南北两派工艺有机结合，生产出大量的精关绝伦的玛瑙雕刻产品。

关键词 阜新 玛瑙 雕刻工艺

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