0 引言

粘弹性阻尼材料具有良好的减振降噪效果，在车辆、船舶及航空航天等领域得到了广泛应用［1］.近年来，研究者针对粘弹性材料的减振降噪特性进行了许多研究.陈美霞等［2］研究了双层壳体在其外层敷设粘弹性阻尼材料后的振动和声辐射性能.范蓉平等［3］实验研究了不同粘弹性材料应用于列车内壁的减振降噪效果.谭峰［4］通过推导模态联合加速度响应的表达式，得到粘弹性阻尼材料减振降噪设计的目标函数.窦松然［5］的研究表明增加粘弹性阻尼声学覆盖层的厚度，可以有效减小环肋圆锥壳结构的辐射噪声.贺小明等［6］研究了将阻尼材料应用于汽车的减振降噪时，其性能的新检测方式.

对于大型运载火箭的整流罩，可简化为典型的圆柱壳体结构，对其减振降噪问题进行研究，具有重要的意义与工程实用价值.但目前该方面的研究较少，特别是在借助实验测试结果验证数值计算方法的基础上，再采用数值计算方法开展粘弹性材料影响圆柱壳体结构减振降噪特性的研究.因此，为了降低实验结构的几何形状的不同对粘弹性材料降噪性能研究造成的影响，本文选择典型单层环肋圆柱壳体结构作为研究对象，展开类似于火箭整流罩的圆柱壳体结构的减振降噪规律研究.首先，通过在结构内壁敷设粘弹性声学敷设层，开展减振降噪实验研究；其次，进行数值仿真分析，通过与实验结果的对比，验证有限元建模与数值计算方法的正确性；以此为基础来研究敷设率与敷设厚度对粘弹性材料减振降噪特性的影响规律，为粘弹性材料在整流罩等腔体结构减振降噪中的应用提供必要参考.

1 实验研究

本节通过实验手段初步研究粘弹性材料对单层环肋圆柱壳体结构减振降噪特性的影响.

where andare composed by thefirst and the last rows ofrespectively,and

1.1 实验方案

降噪实验的主要结构是单层环肋圆柱壳体结构，如图1所示，圆柱壳体由普通铝制成，直径1 050.0 mm，高度1 125.0 mm，壳体厚度1.0 mm.壳体内壁有6条横向与20条纵向加强筋，其厚度均为1.5 mm，壳体总质量为15.7 kg.上下盖板采用厚度为15.0 mm的中密度木质板，其平均隔声量为20 dB.受混响室体积较小的影响，不宜选用软弹簧或橡皮筋吊装结构，而是选择在结构底部用4块橡胶垫支撑的方式模拟其自由状态，支撑高度50.0 mm.

为了进一步研究粘弹性声学敷设层的减振降噪规律，采用圆柱壳体以验证正确的仿真模型，分别对材料在不同敷设率及敷设厚度下的降噪性进行数值计算分析.将材料敷设面积与圆柱壳体结构内壁面积的比值定义为敷设率，将材料敷设质量与结构总质量的比值定义为比重率.

  

图1 环肋圆柱壳体结构Fig.1 Ring-stiffened cylindrical shell structure

  

图2 降噪实验示意图Fig.2 Schematic of the noise reduction experiment

1.2 丁基橡胶阻尼板的结构及参数

粘弹性材料有着很好的阻尼特性和隔声性能，当噪声辐射到结构表面时，阻尼层就会因结构振动而产生拉压变形从而抑制振动幅值，且约束阻尼层由约束层、粘弹性材料、基体组成，通过约束粘弹性层的剪切变形达到最大耗能的目的，对抑制结构振动和降低腔内辐射噪声有较好效果.

图11、图12分别为2 mm、5 mm粘弹性材料的降噪量随敷设率与比重率变化曲线，曲线上各点的值由式（3）得到，再通过回归分析得到一条敷设率和比重率关于降噪量的线性曲线，曲线中点为平均降噪量.通过对比图11与图12，在160 Hz、200 Hz及600 Hz三个频率点上，随着厚度的增加其降噪量略有提高但增幅不明显，而250 Hz频率点的降噪量提升显著，这说明在敷设率一定的条件下增加粘弹性材料厚度有助于抑制250 Hz频率点噪声.

  

图3 传声器与传感器布置示意图Fig.3 Layout diagramof microphones and sensors

 

表1 丁基橡胶材料参数Tab.1 Material parameters of butyl rubber

  

类别参数密度/（kg·m-3）1 660.9单块质量/g 149.29杨氏模量/MPa 80泊松比0.43

  

图4 丁基橡胶阻尼板Fig.4 Damping plate of butyl rubber

1.3 实验测试结果及分析

通过Progig-8004系统采集传声器与加速度传感器所测数据，经过LMS.Test Lab数据处理软件得到关于声压级、加速度和声腔响应随频率的变化曲线.

此模块的设计内容主要有：①集中办班信息逻辑设计，所使用的方式主要有创建集中办班函数、增添和删减班级函数、相关修改班级函数；②针对培训成效的信息逻辑设计，主要使用的手段为创建培训效果管理函数、增添和删除培训成效函数等；③培训过程中的效果信息监管逻辑设计，主要使用的方式是培训、搜索、传输等培训过程中的数据信息函数；④培训过程中的监管报告逻辑设计，主要使用的方式为创建分析、核查和传输培训过程中的信息监管函数。

图5为未敷设与敷设粘弹性材料的外壁振动加速度曲线图，由图5可知，敷设粘弹性材料的壳体振动加速度在0～1 000 Hz频段内均保持在较低水平，特别在500～660 Hz和800～960 Hz频段内可以较好地抑制结构振动.

图6所示为未敷设与敷设粘弹性材料的内声腔平均噪声响应频谱图.从图6中可以看出，总体上敷设粘弹性材料对腔内降噪效果显著，但在0～160 Hz低频段内两种工况下的噪声响应曲线重合度较高；随着频率的增加，敷设粘弹性材料前后的声腔响应共振点差值越大，表明敷设粘弹性材料后降噪效果明显.根据Ardelean等［7］的研究结果，可以将0～1 000 Hz分为刚度控制区域和声腔共振区域.图7为实验的结构隔声量与声腔响应的对比分析，从中可以看出，0～160 Hz低频段为刚度控制区，其圆柱壳体的隔声量由结构刚度决定，在此范围内隔声量的变化随着声腔内部响应变化而变化，隔声量曲线的峰值在同一频率点基本上对应着声腔响应曲线相同方向的峰值；160～1 000 Hz为声腔共振控制区内，圆柱壳体的隔声量由声学共振决定，隔声量曲线的峰值在同一频率点基本上对应着声腔响应曲线相反方向的峰值，并且共振响应越大其对应的隔声量越小.

1.语文教育能运用否定之否定的教学手段，培养学生自信。所谓否定之否定，就是教师在教学中故意设置错误的结论，让学生从这发挥，从而提高学生的自信。

  

图5 未敷设与敷设粘弹性材料的外壁振动加速度曲线Fig.5 Vibration responseof surfacewith viscous-elastic material

  

图6 未敷设及敷设粘弹性材料的内声腔平均噪声响应频图Fig.6 Average noise response spectrum of inner acoustic cavity with layingand without layingviscoelastic material

  

图7 结构隔声量与声腔响应对比Fig.7 Comparison of sound reduction index of structure and responseof acoustic cavity

为了了解未敷设与敷设粘弹性声学敷设层的腔内各测点的声压级与隔声量，经声学测量仪器测量得到圆柱壳体结构周围稳定的总声压级为111.97 dB，未敷设材料和敷设材料工况下各测点声压级由传声器测得，隔声量取总声压级与测点声压级之差，平均值取6个测点声压级或隔声量的算数平均值.表2所示为各位置的声压级及隔声量，从表2可知，未敷设粘弹性材料的平均隔声量为8.97 dB，敷设粘弹性材料的平均隔声量为15.69 dB，即粘弹性材料的实际隔声量为6.72 dB.此外，无论是否敷设材料，最小隔声量均在上层1.0 R处最大，而下层1.0 R处次之，这两个位置是上下盖板与圆柱壳体结合处，说明了结构之间的密封性对结构的隔声量影响较大；同时中层0.5 R位置处于所有传声器位置的最内层，其敷设材料前后的隔声量分别为11.05 dB和17.06 dB，均为测点中的最大隔声量，这表明中层0.5 R处受到结构密封性的影响最小，降噪效果更优.

在HYPERMESH中建立圆柱壳体结构及声腔包络网格，其中圆柱壳体、加强筋及粘弹性材料采用CQUAD4面单元模拟，上下盖板与内外声腔采用CHEXA体网格模拟，加强筋与面壁连接采用RBE2单元模拟.在Virtual.Lab Acoustic声学软件中，将上下盖板与壳体接触处建立MPC线连接单元，同时定义腔内声学单元与结构的单元的耦合，主要包括内声腔分别与粘弹性敷设层、上下盖板的耦合以及外声腔分别与壳体外表面、上下盖板的耦合，其有限元模型如图8所示，因声源与圆柱壳体结构存在一定距离，故以外声腔外表面建立自动匹配（AML）层.仿真声源的载荷数据是实验测试的外部载荷功率谱，声源加载方式如图9所示，将混响声源平均分成24列平面波，呈圆周状均匀分布在圆柱结构模型周围，若干平面波叠加形成混响场，再进行直接声振耦合计算，并根据随机后处理求解器进行声腔随机频响分析，获取与实验中传声器位置相同的节点的声压级曲线和相关数据，以此研究相应测点位置的声压响应规律.

 

表2 不同位置声压级及隔声量Tab.2 Sound pressure levels and noise reduction of different positions

  

工况未敷设敷设声压级/dB隔声量/dB声压级/dB隔声量/dB上层0.5 R 100.82 11.15 96.19 15.78上层1 R 102.81 9.16 97.59 14.34中层0.5 R 100.47 11.50 94.91 17.06中层1.0 R 100.69 9.28 96.19 15.78下层0.5 R 100.94 11.03 96.08 15.89下层1.0 R 104.44 7.53 97.83 14.14平均值102.96 8.97 96.24 15.69

2 数值计算与验证

为了深入研究敷设粘弹性声学敷设层的降噪特性，针对图1所示的单层环肋圆柱壳体结构，建立其仿真模型，并数值计算其声腔的模态频率，与其理论计算的结果进行比较，验证仿真模型的正确性.在此基础上，利用单层环肋圆柱壳体结构的仿真模型研究敷设粘弹性声学敷设层的降噪特性.

2.1 声腔模态的理论计算

本节根据声腔模态解析法［8-9］求解图1所示的单层环肋圆柱壳体结构的声腔频率.设圆柱声腔径向半径为r，极角为θ，轴向为z，则波动方程可在柱坐标下表示为：

 

根据实验模型参数，取半径r=525 mm，高度l=1 150 mm，声速c=340 m/s，空气密度ρ=1.22 kg/m3，通过式（2）计算，得到了圆柱声腔的前8阶固有频率，其理论解的结果如表3所示.

 

圆柱声腔的固有频率fnms可用第n阶贝塞尔函数的第s+1个极点的横坐标rns进行计算，具体方法如下：

 

表3 模态解析法计算的固有频率Tab.3 Natural frequency of acoustic cavity

  

阶数固有频率/Hz 1 2 3 4 5 6 7 8 152.3191.5234.0302.4314.8356.7491.2571.0

2.2 仿真模型的建立与验证

理想的六维力传感器在输入单维的力/力矩时,输出的应当只有该方向的力/力矩。然而由于结构设计、加工精度等问题,必然会导致其他方向也有力的输出,即产生维间耦合。

  

图8 有限元模型Fig.8 Finiteelement model

  

图9 载荷施加状态Fig.9 Stateof load application

通过MSC.NASTRAN求解器，定义声速c=340 m/s，流体密度ρ=1.22 kg/m3，采用Lanczos特征值提取法提取前8阶内声腔固有频率，数值计算结果如表4所示.

供试品种：大白菜（高抗王3）；供试肥料：尿素（N2O ≥ 46.6%）；过磷酸钙（P2O5≥ 12%）；硫酸钾（K2O≥50%）。

 

表4 数值计算的固有频率Tab.4 Natural frequency of acoustic cavity

  

阶数固有频率/Hz 1 2 3 4 5 678 151.3190.0242.9303.5315.3358.5480.0571.0

为验证仿真模型的正确性，借助MSC.NASTRAN有限元软件，将数值计算结果与解析法计算的结果进行对比，如表5所示.从表中可知，仿真模型的计算结果与解析法计算的理论结果的最大误差为0.78%，从而验证了有限元建模及数值计算的正确性.

 

表5 三种方法所得声腔模态Fig.5 Resonance modesof the cavity with three methods

  

模态1 2 3 4 5 6 7 8理论结果/Hz 152.3 191.5 234.0 302.4 314.8 356.7 491.2 571.0计算结果/Hz 153.3 190.0 242.9 303.5 315.3 358.5 480.0 571.4误差/%0.65 0.78 0.04 0.36 0.16 0.51 0.77 0.07

3 降噪性能研究

图2是降噪实验装置图，环肋圆柱壳体结构置于室内正中，且壳体内外两侧均布置传声器.室内对角各放置1台音响，用于模拟噪声源.信号源是计算机播放一段高斯白噪声，通过A-907均衡器对噪声频率进行修正和补偿，再通过ME-8000功率放大器传入音响释放声源.图3为传声器与传感器布置示意图.壳体内部传声器共24个，上层、中层、下层各平面每隔90o布置两个传声器，其中一个位于一倍半径处（即1.0 R处），距离壳体内壁5 mm，另一个位于0.5倍半径处（即0.5 R处）.在中层距离壳体外壁30 mm处，每隔120o布置一个传声器，共计3个.壳体外壁每隔72o布置3个加速度传感器，共计15个.实验测试过程中，当声场稳定后，借助Progig-8004系统采集圆柱壳体内外部的声学数据，其信号采样频率为32 000 Hz，采样时间10 s，混响室噪声载荷均匀度范围为±3 dB，噪声控制谱偏差范围为±5 dB.

3.1 敷设率及敷设厚度的影响

为了探讨敷设率对粘弹性声学敷设层降噪性能的影响规律，针对2 mm粘弹性声学敷设层在0、40%及90%三种不同敷设率下的降噪规律进行了数值计算分析.

为了探讨敷设率和比重率对粘弹性声学敷设层降噪性能的影响规律，在160～700 Hz的频段内分别对敷设2 mm和5 mm粘弹性材料在声腔共振频率点（160 Hz、200 Hz、250 Hz及600 Hz）的降噪量进行数值分析与讨论.

图10为敷设2 mm粘弹性材料的声腔外部载荷和内部响应的1/3倍频程曲线图.从图10中可知，在0～1 000 Hz频段内，在40%和90%敷设率下的内声腔声压级曲线趋势大致相同，且敷设率越大降噪效果越佳.在0～50 Hz频段内三种敷设率下的内声腔声压级曲线与外声场声压级曲线重合度较高，表明在此频段内不同敷设率下的粘弹性材料对抑制壳体结构共振产生的辐射噪声的效果不明显.50～160 Hz频段内，外声腔声压级与内声腔声压级走势相反，可以看出结构在未敷设材料的情况下隔声效果较好，在40%和90%敷设率下的降噪量较显著，但在两条件下的内声腔声压级相差较小，表明此频段内敷设粘弹性材料可较好地抑制腔内噪声，随着敷设率的增加，降噪效果越好但降噪量增幅较小.160～200 Hz频段内，在峰值点160 Hz处未敷设材料条件下的内声腔声压级要大于外声腔声压级，随着粘弹性材料的敷设率的增加，内声腔声压级有明显降低，表明在此频段内声腔共振效果显著且材料的敷设率对降噪效果影响较大.在200～600 Hz频段内，各个共振频率点的声腔共振效果较小，粘弹性声学敷设层的降噪效果显著且稳定，600 Hz频率点处的40%与90%敷设率下的内声腔声压级的差值较大，表明此频率点处敷设率的影响较明显.600～1 000 Hz频段内，40%和90%敷设率下的声压级曲线大幅下降，说明粘弹性声学敷设层对于抑制高频噪声的效果更显著.

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声学敷设层的降噪性能可以用降噪量来衡量［10-11］，降噪量定义为冲击外部结构的外声腔平均声场与内声腔平均声学响应的比值［10］，可通过式（3）计算.

 

  

图10 腔内噪声响应1/3倍频程曲线（2 mm）Fig.10 Third octave curve of noise response in cavity（2 mm）

其中，外声腔RMS（Root Meam Square）取布置在圆柱壳体模型外围的3个传声器的RMS测量值的平均值，内声腔RMS取在内声腔的24个传声器RMS测量值的平均值.

实验所用粘弹性材料为丁基橡胶阻尼板，由0.02 mm铝箔和7 mm丁基橡胶贴合构成，如图4所示.降噪实验中丁基橡胶体粘贴于壳体内壁，与声腔接触面为一层厚度很小的亲水铝箔，其对内声腔噪声响应声压级的影响可以忽略.丁基橡胶阻尼板的基本参数如表1所示.

本研究中，与治疗前相比，两组患者肺功能FEV1、FEV1/FVC、PEFR均显著提高，且没有统计学差异，这与Akram、Lal、Santra等的研究结果一致［11‐13］，多索茶碱和茶碱均能显著改善肺功能参数，但两者差异无统计学意义。表明多索茶碱与茶碱的疗效近似。此外，还考察了多索茶碱和茶碱的安全性，结果发现两组患者耐受性好，均无因治疗退出本研究的病例。然而，对照组患者的不良反应事件发生率显著高于观察组（P＜0.05）。其主要机制有：多索茶碱特异性强，对心肌细胞该通道影响较小；多索茶碱不影响睡眠节律，胃分泌物，心率和中枢神经系统功能［14‐15］。

马克·吐温是美国著名的幽默讽刺大师，他的小说在幽默诙谐的反讽中夹杂着对社会腐败黑暗和人性自私丑恶的讽刺和批判，因此，反讽是其作品最重要的艺术特色之一。而陈光明的《马克·吐温幽默小品欣赏》译本选取的是马克·吐温的早期作品[1]，其主要风格特色为幽默反讽，其中的选文典例十分符合本篇论文要研究的主题：马克·吐温反讽修辞的传译方法与效果。

  

图11 降噪量随敷设率与比重率变化曲线 （2 mm）Fig.11 Curvesof noisereduction with changingof laying rateand proportion（2 mm）

  

图12 降噪量随敷设率与比重率变化曲线（5 mm）Fig.12 Curvesof noisereduction with changingof laying rateand proportion（5 mm）

3.2 单位面积与单位质量的影响

满足减振降噪性能要求的前提下实现结构的轻量化也是实现其工程应用需要考虑的问题.为此，开展粘弹性声学敷设层单位面积及单位质量降噪特性的研究也十分必要.

圆柱壳体结构模型总质量为35.679 kg，内壁总面积为3.628 m2.在敷设率100%工况下，2 mm粘弹性材料的总质量为10.1 kg，5 mm粘弹性材料的总质量为27.56 kg.表6为单位面积和单位质量粘弹性材料在共振频率点（160 Hz、200 Hz、250 Hz及600 Hz）的降噪量，可以看出，增加材料厚度可以有效增大材料单位面积的降噪量，在160 Hz、200 Hz及250 Hz频率点的降噪效果明显，在2 mm与5 mm两种厚度下，600 Hz中心频率点处的降噪量都为最大，但降幅不大；在200 Hz和600 Hz频率点，2 mm粘弹性材料的单位质量降噪量要比5 mm的单位质量降噪量大2倍以上，在160 Hz和250 Hz频率点的单位质量降噪量也大1倍以上，表明在敷设率一定时，单纯地增加材料的厚度并不能有效提高降噪量；2 mm、5 mm粘弹性材料的单位面积降噪量分别是对应单位质量降噪量的2.8倍、7.6倍，这表明了厚度一定的材料，其单位面积降噪效果要优于单位质量的降噪量，且随着厚度的增加，效果更显著.

 

表6 单位质量与单位面积降噪量Tab.6 Noisereduction of unit massand area

  

频率/Hz 160 200 250 600单位面积降噪量/（dB·m-2）2 mm 0.88 2.26 1.82 3.44 5 mm 1.65 2.76 3.83 3.86单位质量降噪量/（dB·kg-1）2 mm 0.317 0.812 0.653 1.238 5 mm 0.218 0.363 0.508 0.501

4 结论

本文针对单层环肋圆柱壳体结构，采用实验与仿真的方法研究了粘弹性材料对减振降噪性能的影响.首先，借助内壁敷设与未敷设粘弹性材料两工况下的腔内响应声压级的对比分析，了解了材料在0～1 000 Hz频段内的降噪效果；然后，建立圆柱壳体的仿真模型，并以模态频率为指标比较圆柱壳体的数值计算和理论分析的结果，验证仿真模型的正确性；最后，在此基础上，采用仿真模型研究了粘弹性材料的敷设率、敷设厚度及比重率对其降噪特性的影响规律.根据研究结果得出以下结论：

1）对于0～160 Hz内的低频噪声，结构振动影响较大，降噪效果不明显.在160～1 000 Hz内，敷设粘弹性材料可以有效地降低腔内噪声.

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2）粘弹性材料的敷设率越大，在160～1 000 Hz频段内其降噪量越大，且对于抑制600～1 000 Hz频段内的噪声效果显著.

3）敷设率一定的条件下，粘弹性材料随着厚度的增加，在250 Hz频率点的单位面积降噪量增幅效果明显，但降噪量不大；600 Hz频率点单位面积降噪量较大，但增加材料厚度，其单位面积降噪量增幅较小.对于粘弹性材料的单位质量降噪量，厚度较小的材料的降噪效果更好.

4）厚度一定的粘弹性材料，其单位面积降噪效果要优于单位质量的降噪量，随着厚度的增加，效果更显著.

参考文献

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