通风自适应低频高效吸声器有限元模拟及演示验证方法技术

本发明专利技术公开了一种通风自适应低频高效吸声器有限元模拟及演示验证方法，共九步，其中第一步，根据非单一低频超开放通风可调节吸声单元的结构及参数建立3D仿真模型，并在COMSOL中建立通风管道模型，再将所建立的3D仿真模型放置在建立的管道模型中；第三步，对所建立的3D仿真模型设置物理场，将吸声器外区域设置为声压物理场，将吸声器的两个内外区域交界面设置弱耦合，设置刚性边界进行平面波辐射；第六步，根据确定的最佳参数对a进行扫参数，确定可调结构参数范围和吸收频率宽带。能根据一新设计的非单一低频超开放通风可调节吸声单进行不同低频噪音的有限元模拟，以克服现目前超开放式高效通风吸声器只能吸收单一低频噪音的不足。不足。不足。

【技术实现步骤摘要】
通风自适应低频高效吸声器有限元模拟及演示验证方法


[0001]本专利技术涉及非单一频率的低频噪音处理
，具体涉及一种通风自适应低频高效吸声器有限元模拟及演示验证方法，适用于非单一频率的低频噪音处理的具有超开放通风自适应吸声模拟。

技术介绍

[0002]噪音消除在我们的日常生活中起着重要的作用，特别是对于非单一频率的低频噪声(在50到1000Hz之间)，由于其穿透力高，目前实现低频噪声的有效吸声仍是一项非常艰巨的工作。
[0003]国家知识产权局于2020年2月21日公告授权了“超开放式高效通风吸声单元及吸声器”(ZLCN201911128961.X)，采用两个分别呈“回”字形的弱耦合分列管谐振腔，并结合盖板形成的吸声通道、多个“一”字形的水平吸声窄缝，使每个吸声单元构成一个类似于弹簧的刚性的损耗振荡器，用于安装在横截面更大的开放式气流通道内，能实现低频的高效吸收和通风，克服了现目前声学超材料需要完全密封流动通道以实现完美声吸收但无法满足通风的技术瓶颈。该吸声单元能对固定单一频率的低频噪音完美吸收，对于非单一频率的变频率低频噪音吸声效果大打折扣。而在实际应用过程中，噪音频率是变化的，对于不同频率的低频噪音，需要配备不同尺寸规格的吸声单元。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在提供一种通风自适应低频高效吸声器有限元模拟及演示验证方法，它能根据一种新设计的非单一低频超开放通风可调节吸声单的结构建立3D仿真模型和通风管道模型,进行不同频率的低频噪音的有限元模拟，从而对不同频率噪音的高效通风吸声器定制出最佳的尺寸参数，并结合样本进行演示验证实验，实现对于不同频率的高效吸收和通风，以克服现目前超开放式高效通风吸声器只能吸收单一低频噪音的不足。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是：一种通风自适应低频高效吸声器有限元模拟及演示验证方法，包括以下步骤：
[0006]第一步，根据非单一低频超开放通风可调节吸声单元的结构及参数建立3D仿真模型，并在COMSOL中建立通风管道模型，再将所建立的3D仿真模型放置在建立的管道模型中；
[0007]所述非单一低频超开放通风可调节吸声单元包括两个前后并排对称设置的第一分列管谐振腔和第二分列管谐振腔，每个分列管谐振腔由内腔、外腔构成，整体呈“回”字形，第一、第二分列管谐振腔的上下两侧分别配备有盖板从而围成一个吸声通道；在第一分列管谐振腔的外腔前侧壁中部、内腔前侧壁中部、外腔后侧壁中部，在第二分列管谐振腔的外腔前侧壁中部、内腔后侧壁中部、外腔后侧壁中部分别设置有与分列管谐振腔等高的“一”字吸声窄缝，每个分列管谐振腔的内腔由一个固定内框和左右两个拉动可调内框围成，每个分列管谐振腔的外腔由固定外框和左右两个拉动可调外框围成，所述固定内框与两个拉动可调内框分别通过类注射器结构连接，所述拉动可调内框与对应的拉动可调外框
通过拉杆固定相连，且拉杆伸到可调外框外，通过拉杆前后拉动可调内框与可调外框同步运动，能同时调节内腔、外腔的大小；
[0008]第二步，对所建立的3D仿真模型赋予材料特性；
[0009]第三步，对所建立的3D仿真模型设置物理场，将吸声器外区域设置为声压物理场，将吸声器的两个内外区域交界面设置弱耦合，设置刚性边界进行平面波辐射；
[0010]第四步，对所建立的3D仿真模型进行网格划分，使用最小单元0.1mm—0.3mm，最大单元20mm—30mm去构建网格；
[0011]第五步，利用COMSOL软件，继续采用控制变量法进行高效通风吸声器的拓展模拟，鉴于3D仿真模型的吸声效果与长度a、高度b、通道宽w
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chan、窄缝宽w
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slit四个参数有关，将3D仿真模型的a、b、w
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chan、w
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slit这四个参数分别在[起始数值，步长，终止数值]中进行参数化扫描，单位为mm，根据参数化扫描结果，最终确定a、b、w
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slit、w
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chan对吸声效果以及吸声频率的影响曲线，最终确定参数范围；
[0012]第六步，根据确定的最佳参数对a进行扫参数确定可调结构参数范围和吸收频率宽带；
[0013]第七步，制作高效通风吸声器准备进行演示实验；
[0014]按照3D仿真模型最终确定的参数范围，采用光敏树脂3D打印机制造非单一低频超开放通风可调节吸声单元样品；
[0015]第八步，声学测量演示实验；
[0016]样品的声学测量在方形阻抗管中进行，并由全频扬声器、四个麦克风、功率放大器和数据采集分析仪配套完成，方形阻抗管由两个铝制方管组成，使用厚度为3mm—5mm的铝板作为刚性背板，以模拟声学硬边界终端，拆下铝板后，方形阻抗管中的声音会向外辐射，从而模拟出一个开放边界的声学终端，在测量中充当两个不同的终端负载；
[0017]通过四麦克风测透射的方法将样品放置在方形阻抗管中，将全频扬声器放置在方形阻抗管的一端头处，将刚性背板放置在方形阻抗管的另一端头处，将四个麦克风分别固定在方形阻抗管上，进行吸声效果的验证；
[0018]第九步，通风测量演示实验；
[0019]样品的通风测量也在方形阻抗管中进行，并由电风扇、风速计、驱动电机配套完成，风速计用于方形阻抗管出口处的气流速度，而电风扇则位于入口处，驱动电机与非单一低频超开放通风可调节吸声单元的拉杆相连，第一分列管谐振腔与第二分列管谐振腔两边的驱动电机同步驱动各自对应的拉杆，且拉动一致的距离，通过拉杆前后拉动可调内框与可调外框同步运动，以同时调节内腔、外腔的大小；
[0020]通过四麦克风测透射的方法将样品放置在方形阻抗管中，在入口处放置电风扇，出口处放置风速计，将方形阻抗管的截面分为3*3的9个区域，将风速计分别放置在这9个区域中，计算读取放置样品时的平均风速；再将方形阻抗管中的样品取出，以相同的方式计算出没有放置样品时的平均风速，将风速比g定义为放置样品时的平均风速除与未放置样品时的平均风速的比率。
[0021]优选为，在第六步中，采用的所述3D打印机精度为0.1mm，光敏树脂的弹性模量为2.46GPa，密度为1.10g/cm3。
[0022]优选为，在第七步中，所述铝制方管的内截面为147
×
147mm2，管厚度为5mm；刚性
背板采用厚度为4mm的铝板；全频扬声器采用中国M5N，HiVi；四个麦克风采用中国BSWA，MP418；功率放大器采用中国Aigtek，ATA 304；数据采集分析仪采用中国BSWA，MC3242。
[0023]优选为，在第八步中，所述电风扇的最大风量为3.7
×
103m3/h，风速计采用中国TM856，TECMAN，风扇和阻抗管之间的空隙用海绵密封。
[0024]优选为，所述非单一低频超开放通风可调节吸声单元中，固定内框、拉动可调内框分别呈“U”型，两个分列管谐振腔的固定内框靠近且背向设置，同一分列管谐振腔的两个拉动可调内框的内侧腿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通风自适应低频高效吸声器有限元模拟及演示验证方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，根据非单一低频超开放通风可调节吸声单元(A)的结构及参数建立3D仿真模型，并在COMSOL中建立通风管道模型，再将所建立的3D仿真模型放置在建立的管道模型中；所述非单一低频超开放通风可调节吸声单元(A)包括两个前后并排对称设置的第一分列管谐振腔(1)和第二分列管谐振腔(2)，每个分列管谐振腔由内腔、外腔构成，整体呈“回”字形，第一、第二分列管谐振腔(1、2)的上下两侧分别配备有盖板从而围成一个吸声通道；在第一分列管谐振腔(1)的外腔前侧壁中部、内腔前侧壁中部、外腔后侧壁中部，在第二分列管谐振腔(2)的外腔前侧壁中部、内腔后侧壁中部、外腔后侧壁中部分别设置有与分列管谐振腔等高的“一”字吸声窄缝，每个分列管谐振腔的内腔由一个固定内框(3)和左右两个拉动可调内框(4)围成，每个分列管谐振腔的外腔由固定外框(5)和左右两个拉动可调外框(6)围成，所述固定内框(3)与两个拉动可调内框(4)分别通过类注射器结构连接，所述拉动可调内框(4)与对应的拉动可调外框(6)通过拉杆(7)固定相连，且拉杆(7)伸到可调外框(6)外，通过拉杆(7)前后拉动可调内框(4)与可调外框(6)同步运动，能同时调节内腔、外腔的大小；第二步，对所建立的3D仿真模型赋予材料特性；第三步，对所建立的3D仿真模型设置物理场，将吸声器外区域设置为声压物理场，将吸声器的两个内外区域交界面设置弱耦合，设置刚性边界进行平面波辐射；第四步，对所建立的3D仿真模型进行网格划分，使用最小单元0.1mm—0.3mm，最大单元20mm—30mm去构建网格；第五步，利用COMSOL软件，继续采用控制变量法进行高效通风吸声器的拓展模拟，鉴于3D仿真模型的吸声效果与长度a、高度b、通道宽w
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chan、窄缝宽w
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slit四个参数有关，将3D仿真模型的a、b、w
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chan、w
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slit这四个参数分别在[起始数值，步长，终止数值]中进行参数化扫描，单位为mm，根据参数化扫描结果，最终确定a、b、w
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slit、w
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chan对吸声效果以及吸声频率的影响曲线，最终确定参数范围；第六步，根据确定的最佳参数对a进行扫参数，确定可调结构参数范围和吸收频率宽带；第七步，制作高效通风吸声器准备进行演示实验；按照3D仿真模型最终确定的参数范围，采用光敏树脂3D打印机制造非单一低频超开放通风可调节吸声单元(A)样品；第八步，声学测量演示实验；样品的声学测量在方形阻抗管中进行，并由全频扬声器、四个麦克风、功率放大器和数据采集分析仪配套完成，方形阻抗管由两个铝制方管组成，使用厚度为3mm—5mm的铝板作为刚性背板，以模拟声学硬边界终端，拆下铝板后，方形阻抗管中的声音会向外辐射，从而模拟出一个开放边界的声学终端，在测量中充当两个不同的终端负载；通过四麦克风测透射的方法将样品放置在方形阻抗管中，将全频扬声器放置在方形阻抗管的一端头处，将刚性...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄映洲，向霄，田红星，吴肖肖，何克铭，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：