道路聲屏障計算機輔助設計【含程序及1張CAD圖】
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附錄一 可調諧聲晶體輔助吸聲體摘要本文著重對可調諧聲晶體輔助吸聲體的吸聲特性進行了實驗研究。用單個和多個局部缺陷元件替換聲波晶體單元。構建了九片亥姆霍茲諧振器一三排成方形 3x3 的諧振器單元吸聲結構模型。單個和多個亥姆霍茲共振器的影響操作對其吸聲系數(shù)的影響。實驗結果表明，人工缺陷處理研究開發(fā)可調諧聲晶體輔助吸聲體的可能性。聲音吸收器顯示更高的聲音聲晶體結構中局域缺陷放置位置對幾種不同頻帶的吸收性能。?2017 作者。由 Elsevier 出版公司這是 CC by-nc-nd 許可下的開放獲取文章 工程物理國際會議組委會責任評審 2016關鍵詞：聲波晶體; 局部缺陷; 吸聲器引言高性能和寬頻帶頻率吸收器的追求和需求已增加十年。已實施的各種方法和模型，即穿孔板[1,2]，諧振器和腔[ 3-5 ]，膜[ 6-8 ]和使用天然和合成纖維或多孔材料[ 9 ]。大多數(shù)建議的方法有良好的性能僅在一定的短頻率范圍內。這是非常罕見的尚未發(fā)現(xiàn)成就寬帶或全譜性能。近年來，聲學超材料的發(fā)展引起了研究者的廣泛關注。這種新材料有獨特的功能，如局部共振和負折射。為噪聲控制技術的發(fā)展提供了新的思路。聲子和聲波晶體輔助吸聲和屏障，然后顯示一個快速發(fā)展的進步。的想法已被廣泛采用，可調吸聲體以各種方式[13-15]發(fā)達。主要目標是更好寬帶頻率范圍內具有高性能的功能吸聲體。為了達到這個目的，研究人員提出許多不同方法。上述方法之一是通過操縱缺陷的聲波晶體結構。大多數(shù)以前的作品集中在晶體放置在某個位置，或更換創(chuàng)造點缺陷[ 16-20 ]本地散射體。這個本地散射體可以是一個分裂環(huán)，球形，或圓柱形亥姆霍茲諧振器。因此，亥姆霍茲當?shù)氐挠绊懽鳛樯⑸潴w幾何尺寸函數(shù)的聲傳播的共振缺陷分析。在本文中，聲音吸收的影響的形狀和位置的缺陷在聲晶體結構的局部散射體。所有局部散射體是一個單自由度的圓柱形亥姆霍茲諧振器具有相同的幾何尺寸。調查具有相同幾何尺寸散射體的聲晶體輔助吸聲體的局部亥姆霍茲共振缺陷研究者的顯著優(yōu)勢。調諧過程會更容易，因為它只依賴于數(shù)字、方向和局部缺陷位置。使用多幾何尺寸的本地散射體相比，它更簡單的相同的目的在局部缺陷可能有不同的諧振頻率。1.研究對象 聲波晶體模型是由圓柱形 PVC 12 毫米和直徑分別為 60 毫米和高度。九散射件連接到一對激光加工 2 毫米厚度丙烯酸幀兩端。一個立方體的聲子晶體3×3 要素構建之間的散射狹縫為 1 mm 模型。在圖中描述的結果（1D）和（1E）。為了比較分析的目的，有兩個不同的模型具有相同的幾何尺寸進行了研究。第一個模型被稱為參考模型類型，它是由九塊圓柱形亥姆霍茲諧振器與一個 2 毫米直徑的孔在管子的中間。由人工缺陷構成散射體的第二或測試模型。創(chuàng)建此人工缺陷的一對 1 厘米長的水平切割制成的圓筒形 PVC 的主體上。兩個小切口之間的面積被輕輕壓做一個凹形缺陷。第一種類型如圖（1b）所示，底部有缺陷，而在管的中間的第二類型如圖所示（1C）。因此，第二種類型的缺陷位置類似于參考模型中的孔。圖 1.測聲波晶體單元模型，（a）。俯視圖，（b）及（c）。側視圖，（ d）及（e）。九元素的立體結構2. 方法本研究的主要目的是開發(fā)一種新的聲學晶體輔助聲吸收體模型，使其更容易調諧方法。缺陷處理的單尺寸散射元件被認為是評估其對聲音的影響吸收性能。由于人工缺陷不同于它的參考模型，光譜測量成為重要的是要了解如何散射腔內部的聲壓根據(jù)局部缺陷的形狀和變化如何影響吸聲。要做到這一目的，有兩個步驟的實驗室調查進行跟隨.腔內光譜測定通過使用對四分之一英寸 B 和 K 4187 麥克風和 2670 預放大器。一個隨機的噪聲產生的發(fā)電機 K 和 K 脈沖型 3160 局域網(wǎng) XI 模型和放大之前，它是由一個輻射位于 B & K 阻抗管一端的揚聲器 4206。一個專用持有人為放置聲波晶體阻抗管相對端模型。第一麥克風用于捕捉聲音信號的聲壓測試散射體信號的第二麥克風時參考散射體。FFT 分析已用于計算兩個捕獲信號的光譜。第二個實驗室調查程序是吸聲測量。它是通過使用轉移基于函數(shù)的兩個麥克風阻抗管參考標準方法 ASTM / ISO 后 e-1050 1534-2 [ 21 ]。自作品的重點是在低頻范圍內的聲音吸收，所以選擇大管的 B & K 4206。的聲音吸收系數(shù)測定的各種變化的測試和參考模型，包括缺陷的數(shù)目，聲波入射波的位置和方向。實驗室規(guī)模的原型建議的可調諧聲波晶體輔助吸聲體的建成和其性能也調查結束時的研究。這是一個腔背聲吸收體的聲晶體與建議的局部缺陷插入作為原型的空腔內的夾雜物。由當?shù)厣a的商業(yè) 12 毫米厚度毛氈制造商被切斷和安裝作為吸聲層的頂層。3. 結果與討論空腔光譜是散射體內部聲壓的波動，如圖（2）。虛線圓指示散射體與建議的第二類型的局部缺陷，而紅色填充圓是參考散射體模型。它是圖（2a）表明人工缺陷增加散射腔內部聲壓級。它遠遠高于腔聲聲壓的參考模型的增量范圍從 5 分貝至 15 分貝的所有頻率。較高的增量高達 26 分貝發(fā)生在 2 千赫至 3 千赫之間的頻率范圍內。圖 2.（一）.腔譜：第二類型建議散點（虛線）和參考散射體（固體）；（二）.建議的缺陷背后的連續(xù)層的參考散射體的腔譜放置在第一行的散射體。圖（2a）顯示如何建議的第二型缺陷模型可以顯著降低周圍的腔譜散射體。在這個實驗中，兩個參考類型的散射體被放置在兩個連續(xù)的層后面的測試散射體。它是顯然，在第三層的散射體具有較低的腔譜（虛線）相比，在第二層（固體）的散射體。它發(fā)生在所有頻率和減少 5 分貝至 10 分貝。它也觀察到顯著衰減發(fā)生在頻率范圍內 8 kHz–2 千赫之間.這些結果表明，亥姆霍茲局部諧振有效地發(fā)生在散射體與人工缺陷。兩在建議凹形缺陷的開口，讓更多的聲波傳播到空腔。它增加了數(shù)量振蕩質量和空腔內的聲壓也相應增加。當這發(fā)生更多的聲波能量通過亥姆霍茲局域共振機制耗散。類似的現(xiàn)象也發(fā)生在散射體與如圖（2b）所示，位于測試模型第一行的人造缺陷。聲波流經聲波低壓力晶體模型。在這種情況下，聲波能量被亥姆霍茲局部耗散參考散射體的共振。此外，多重反射和散射體之間的耦合效應與其周圍的空地也增加了能量耗散。由于它降低了內部的聲壓水平第三行散射體上的空洞。這一結果與吳等發(fā)現(xiàn)聲波可以定位在缺陷。諧振頻率[ 22 ]。圖（3）中的吸聲測量結果。單一基礎或參考的表現(xiàn)散射體進行比較，以一個單一的第一類型和一對第二類型的缺陷。它示出在圖（3a）的散射體與建議的局部缺陷模型具有更好的性能，在 500 赫茲以上的頻率范圍內。這些性能的增量與上文所述的振蕩質量的增加有關。的吸聲模式轉移到較高的頻帶和另一個峰在 1,2 千赫發(fā)生作為一對第二類型的局部缺陷連接到中心位置聲波晶體模型。這種新的峰值相關聯(lián)的多個反射和耦合效應的第二散射體與周圍的空空間，并導致另一個諧振頻率在約 1,2 千赫。適當阻抗比圖中所示（3B）。同時還發(fā)現(xiàn)相同數(shù)量的第二類局部缺陷與不同位置產生不同的聲音吸收性能。如圖（4a）所示，聲波晶體形成中連續(xù)行局部缺陷的位置給出了一個更好的性能相比，放置在任何一個單一的行相同數(shù)量的散射體。這一現(xiàn)象解釋如下。當散射體放置在一個單一的行中的某些位置，并由另一個散射體分沒有缺陷，聲波能量耗散的亥姆霍茲局部諧振的散射體，并與多個反射和耦合效應如上文所述。圖 3.（一）.參考散射體模型（黑色）的吸聲比提出的缺陷：第一類型（紅色）和一對第二類型（藍色）；（b）.阻抗比不同的機制發(fā)生時，局部缺陷彼此靠近連續(xù)行。新的三痛飲交互模型散射體散射體之間的空的空間變化的耦合結構不同的電抗從它的單排形成。這種新的耦合結構不顯著的吸聲增量。它因為轉換和耗散為與阻抗實部相關的熱量的能量幾乎相似值。轉移到較低的頻帶的吸收性能與變化與阻抗虛部相關的結構的電抗。隨著局部缺陷散射體的增多附加到聲波晶體模型，更多的互連段或路口周圍的空地存在。它聲子晶體模型在適當?shù)淖杩菇葡?，電容和電感越大。當聲波傳播到局域缺陷開口時，亥姆霍茲局域共振發(fā)生的效果更為明顯當缺陷取向角為零時或與入射聲波平行時出現(xiàn)同樣現(xiàn)象。利用有限元和遺傳方法分析了宗慶后等人（2014）的相似現(xiàn)象優(yōu)化目標[ 23 ]算法。他們發(fā)現(xiàn)，核心內的散射體的位置有一個明顯的效果的聲音吸收頻帶之間 0.5 千赫到 5 千赫。在當前這項工作中，類似的效應發(fā)生顯著從頻率600 赫茲。換言之，局部散射體與人工缺陷的位置已成為一種很有前途的可調諧聲晶體輔助吸聲器的選擇。圖 4.局部缺陷位置（a）及其取向角對入射聲波（b）的影響吸聲性能。如圖（2a）所示的腔譜的衰減，也從聲音吸收測量的整個結果顯示可調諧吸聲器發(fā)展的可能性更容易。證明了調整局部亥姆霍茲的可能性共振缺陷操作，在這項工作中提出的單幾何尺寸的散射體。圖（5）顯示了如何 cubicalsonic晶體模型包括九個散射體與第二型缺損成功增加一個感覺 basedcavity 吸聲背吸音器。一塊 12 毫米的毛氈從當?shù)刂圃焐逃米鞅砻鎸拥奈羝?。這種回收材料主要用于汽車噪聲控制應用。由于它是由紡織工業(yè)廢料制成的，毛氈是纖維狀的聲學上僅適用于控制高頻噪聲。如圖（5）所示，它吸收不到百分之二十在低于600 赫茲的頻率范圍內的聲波能量。提高性能的常用技術低頻段采用背腔吸聲。在這項工作中，進行了實驗與 60 毫米腔深度。吸聲系數(shù)顯著增大近五倍的初始值為 0 14 在 600 赫茲。它也具有良好的性能，在較高的頻率具有幾乎平坦的響應與平均吸收系數(shù) 0.7。圖 5.調諧聲晶體輔助吸聲體的吸聲性能研究缺陷。附腔型吸聲體內夾晶體模型作為一個包含在吸聲腔內包含的聲波晶體的性能要好得多。它帶來的很好的吸聲效果。聲晶體模型的吸收特性與建議的局部缺陷如圖所示（4a）增加空腔內的共振吸收。在同一時間，聲學特性纖維氈適當?shù)厥┘永鄯e沖擊并增加高頻帶的吸聲性能。的聲音吸收系數(shù)增加到 0,93 在 600 赫茲。總的來說，吸收體顯示了一個完全平坦的吸收模式隨著吸收系數(shù)從 0,85 到 0,95 頻帶。這項工作表明考慮腔光譜的衰減，聲波沿空空間的傳播周圍的散射體和缺陷的形成受制于帶瞎扯。根據(jù)這一點，它需要進一步的工作和用局域缺陷模型分析聲波晶體的傳輸特性。4．結論缺陷處理對聲晶體單元單元產生局域亥姆霍茲共振具有很好的應用前景。它證明了通過改變位置、數(shù)目或變化方向可以實現(xiàn)亥姆霍茲局域諧振單個幾何尺寸散射體的建議缺陷開口角。它減少了生產的工業(yè)約束現(xiàn)實可調諧聲晶體輔助吸聲器。它也簡化了調諧的可能性和增加的聲音吸收性能.附錄二