[发明专利]一种抑制微穿孔板非线性效应的结构参数设计方法

权利要求书

1.一种通过结构参数设计抑制微穿孔板非线性效应的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：对高声强噪声场进行频谱和声压级分析，根据噪声能量的频域分布情况，明确微穿孔板所期望工作的线性声压级范围和最大降噪频率点，进而确定限制条件参数以及待设计参数，其中，已知参数包括：

P₀：微穿孔板工作环境的最大声压级，单位为dB；

f₀：微穿孔板的最大降噪频率点，即共振频率，此频率下的噪声最大，单位为Hz；

待设计的参数：

d:微穿孔板的穿孔直径，单位为m；

t/d:无量纲参数，表示微穿孔板的长径比，t为板厚，单位为m；

σ：微穿孔板的穿孔率，无量纲参数；

步骤二：选取一组{d，t/d}参数，d小于0.2×10^-3m，t/d大于1；

步骤三：根据步骤二选定的{d，t/d}参数，代入公式(1)计算对应的穿孔率σ：

其中，无量纲变量，由此得到参数组合{d，t/d，σ}

步骤四：根据步骤三中的参数组合{d，t/d，σ}及已知参数f₀，通过数值仿真绘制微穿孔板结构声阻抗Z(单位：MKS rayls)随入射声压级P_i(单位：dB)变化的曲线，P_i是入射声压P_ii(单位：Pa)转换为以dB为单位的表示，微穿孔板结构声阻抗Z与入射声压P_ii的基本关系式为：

其中，

X/ρ₀c₀＝ωH/σc₀-cot(ωL_c/c₀) (4)

上述公式(2)～(4)中，R_L是线性声阻(MKS rayls)，X是声抗(MKS rayls)，P_ii是入射声压(Pa)，ρ₀是空气密度(kg/m³)，c₀是空气中的声速(m/s)，ω＝2πf是角频率(rad/s)，v是运动粘滞系数(m²/s)，C_D是流量系数，具体表达式为：

其中，

a_f＝0.785-0.76(1-e^-3.63t/d),b_f＝3.63(t/d)^0.6 (18)

上述(5)～(20)式中，除P_pK的单位是Pa，d_e的单位是m，其它参数均为无量纲参数；

K_ss是静态粘滞损耗参数，为无量纲参数：

K_ss＝13+10.23(t/d)^-1.44 (21)

K_ac是声粘滞损耗参数，为无量纲参数：

K_ac＝3+2.32(t/d)^-1 (22)

H是惯性长度参数：

κ_H＝13.06[1-exp(-64.9(t/d)^4.365)] (25)

a_H＝0.725(t/d)^-1.227,b_H＝1.02(t/d)^-1.411,mH＝3.42exp(-0.117(t/d)) (28)

上述(23)～(28)式中，除H和H_res的单位是m，其余新涉及到的参数均为无量纲参数；

L_c是空腔深度，单位为m，共振时：

L_c＝(c₀/2πf₀)arccot(2πf₀H/σc₀) (29)；

步骤五：观察步骤四中微穿孔板结构声阻抗Z随入射声压级P_i变化的曲线，获得非线性声阻抗开始起作用的转变声压级，即临界声压级P_t(单位：dB)，如果P₀≤P_t，说明所选设计参数满足微穿孔板结构的非线性效应抑制，如果P₀P_t，说明所选设计参数不满足，此时，减小孔径d或增大t/d，然后返回步骤三，直到获得可以实现非线性效应的结构参数。