穿孔板
關注創建者：琳泓comsol 創建時間：2019-09-06
穿孔板的實例教程
添加研究，對兩種微穿孔板吸聲體的吸聲系數進行頻率分析：
圖.圓形微穿孔板的吸聲系數有限元結果
圖.花瓣形微穿孔板的吸聲系數有限元結果
與文獻中的結果對比：
圖(a)文獻中具有圓形和花瓣形穿孔的MPP的吸聲系數:理論預測與有限元仿真結果的比較；(b)Comsol中復現的有限元仿真結果。
最后,歡迎通過公眾號"320科技工作室"與我們交流.
20世紀70年代，微穿孔板（MPP）被引入作為中低頻噪聲控制的替代吸聲器。MPP通常由具有分布亞毫米通孔的薄面板制成，并與背襯空氣腔耦合。MPP可以產生類似于亥姆霍茲諧振器的吸聲機制。最高可用性構架介紹了多點定位系統的理論分析和設計原理。MPP由于其重量輕、無纖維和環境友好的特點，自誕生以來一直被視為下一代吸聲材料。然而，由于吸聲帶寬較窄，以及在低頻時需要較大的背腔深度，傳統MPP的應用受到限制。
研究內容：
本文提出了一種新型吸聲結構，該結構基于雙層微穿孔板（DLMPP）和類似于卷曲空間的翻轉空間概念，以改善具有有限背襯空氣腔空間的外殼中的低頻到中頻吸聲。結果表明，新設計可以產生類似于傳統DLMPP的寬帶吸聲，空腔翻轉可以實現有限背腔空間外殼的低頻吸聲。對新設計的吸聲系數進行了理論分析和有限元模擬。還討論了設計參數對新設計吸聲系數的影響。
圖1. DLMPP的示意圖（a）傳統的系列安排的DLMPP;（b）新的 T-DLMPP 設計.
技術路線：
在Comsol中對這兩種DLMPP結構進行有限元仿真分析。
1. 幾何模型的構建及網格劃分：
圖2.T-DLMPP幾何模型構建及網格劃分
2. 添加研究，對結構化參數對吸聲系數的影響進行頻率分析：
圖3.孔徑大小對吸聲系數的影響（左原文，右復現）。
圖4.穿孔率對吸聲系數的影響（左原文，右復現）。
圖5.板厚對吸聲系數的影響（左原文，右復現）。
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展開 多孔結構板在減輕結構重量、滿足吸聲功能等環境下應用廣泛，本案例采用ANSYS Workbench對曲線邊界孔洞的隨機多孔板進行軸心受拉力學分析。
隨機微穿孔板可采用CAD Voronoi插件構建，三維模型構建如下。
CAD Voronoi插件采用參數化建模方式，根據設定參數隨機生成模型草圖，如對草圖生成不滿意可重新生成一份，或在原圖基礎上進行手動微調。
隨機多孔板的建模參數如下，CAD內通過實體-拉伸生成板的厚度為10 mm，建模完成后將多孔板導出為.sat格式備用。
關于CAD Voronoi插件使用功能的詳細介紹可查看：
CAD Voronoi V2
https://mp.weixin.qq.com/s/QIt4yoXjb52k7CFuQbCvKA
打開ANSYS Workbench，將多孔板模型導入，模型采用默認材料，然后對模型進行網格劃分，單元近似尺寸為0.5 mm。
對模型指定邊界條件及外荷載，將左側邊界設定為固定支撐，右側邊界設置大小為1 N的力。
提交求解并查看結果。
ANSYS多孔結構板等效應力分析結果可看出，CAD Voronoi插件建立的曲邊多孔結構板，可有效避免孔洞處的應力集中現象，在滿足結構功能的前提下對于提高結構承載力及使用壽命，防止疲勞破壞等方面有借鑒意義。
展開 研究內容：
提出了一種基于微穿孔板和卷曲法布里-珀羅通道的混合聲學超材料吸收器，它可以有效地吸收非常低頻率（<500 Hz）的入射聲波能量，具有較寬的相對吸收帶寬。分析檢驗了所提吸收器的高效可調吸收特性，并通過數值模擬和實驗驗證了該吸收體的吸收特性。
圖1. 混合超材料吸收器示意圖
圖2.論文中數值模擬的吸聲系數曲線
數值模擬：
在comsol中利用壓力聲學接口對聲學超材料的聲學特性進行仿真分析。仿真分析的步驟如下所示。
（1）建立幾何模型
圖3.幾何模型的構建
（2）設置物理場
圖4.物理場的設置
（3）求解吸聲系數
圖5.數值分析的吸聲系數
通過數值分析計算得到的吸聲系數曲線與文獻的結果基本一致。兩個吸收器使用相同的螺旋形通道構建，但使用不同的MPP，其中一種情況的參數為d=0.9 mm、t0=0.64 mm、p=0.018（左圖），另一種情況下的參數為d=0.4mm、t0 =0.64 mm和p=0.048（右圖）。
總之，我們提出了一種基于微穿孔面板和卷曲Fabry–P erot通道的混合聲學超材料吸收器，它可以有效地吸收極低頻（<500 Hz）下的入射聲波能量，并具有較寬的相對吸收帶寬。對所提出的吸收體的高效可調諧吸收特性進行了分析，并通過數值模擬和實驗進行了驗證。
我們發現，吸收主要是由微穿孔面板中聲波的摩擦損失引起的。還通過圖形分析復平面中的反射系數來解釋這種現象。通過集成兩個具有不同參數的平行吸收單元，相對吸收帶寬進一步加寬至82.2%。由于亞波長厚度深、帶寬相對較寬且易于制造，所提出的混合吸收器在噪聲控制工程中具有廣泛的潛在應用。
展開 基于comsol的微孔吸聲棉消聲器分析 ￥2800
它是一種低聲質量，高聲阻的共振吸聲結構，其研究表明，表征微穿孔板吸聲特性的吸聲系數和頻帶寬度，主要由微穿孔板的聲質量m和聲阻r來決定，而這兩個因素又與微孔直徑d及穿孔率p有關。微穿孔板吸聲結構的相對聲阻抗Z（以空氣的特性阻抗ρC為單位）用式（1）計算：Z=r+jwm=jctg(WD/C)（1）公式中：ρ--空氣密度（kg/cm3）；C--空氣中聲速（m/s）；D--腔深（mm）；m--相對聲質量；r--相對聲阻；w--角頻率，W=2πf(f為頻率)；而r和m分別由式（2）（3）表達：r=atkr/dzp（2）m=(0.294)×10-3tkm/p（3）式中：t--板厚（毫米）d--孔徑（毫米）p--穿孔率（%）kr--聲阻系數kr=(1+x2/32)1/2+(2x)1/2/8×d/tkm--聲質量系數km=1+{1+[1/(9+(x2/2))]}+0.85d/t其中x=abf，a和b為常數，對于絕熱板a=0.147,b=0.32；對于導熱板a=0.235，b=0.21。聲吸收的角頻帶寬度，近似地由r/m決定，此值越大，吸聲的頻帶越寬。r/m=(l/d2)×(kr/km)(4)式中l--常數，對于金屬板l=1140,而隔熱板l=500。上式也可以用式（5）表達：r/m=50f((kr/km)/x2)(5)而kr/km的近似計算式為：kr/km=0.5+0.1x+0.005x2(6)利用以上各式就可以從要求的r、m、f求出微穿孔板吸聲結構的x、d、t、p等參量。由于微穿孔板的孔徑很小且稀，基聲阻r值比普通穿孔板大得多，而聲質量m又很小，故吸聲頻帶比普通穿孔板共振吸聲結構大得多，一般性能較好的單層或雙層微穿孔板吸聲結構的吸聲頻帶寬度可以達到6～10個1/3信頻程以上。這就是微穿孔板吸聲結構最大的特點。
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研究內容：
提出了一種基于微穿孔板和卷曲法布里-珀羅通道的混合聲學超材料吸收器，它可以有效地吸收非常低頻率（<500 Hz）的入射聲波能量，具有較寬的相對吸收帶寬。分析檢驗了所提吸收器的高效可調吸收特性，并通過數值模擬和實驗驗證了該吸收體的吸收特性。
圖1.
Thiele-Small模型可以在Actran中輕松創建，并且它們的集成允許工程師利用其他類型的建模，例如多孔材料，穿孔板等。
圖1 驗證和模擬揚聲器的過程
PART01
建立模型（以及振動）
對于簡單的模型，富士康的工程師首先建立了一個2D實體模型，與Thiele-Small模型進行比較，然后用這個模型創建一個3D參考模型。
隨機微穿孔板可采用CAD Voronoi插件構建，三維模型構建如下。
CAD Voronoi插件采用參數化建模方式，根據設定參數隨機生成模型草圖，如對草圖生成不滿意可重新生成一份，或在原圖基礎上進行手動微調。
3.自動計算編織網網孔尺寸和絲徑尺寸、穿孔板孔徑尺寸（最大值、最小值、平均值、被測網孔個數），一鍵生成檢測報告并導出（或定制報表）。
4.采用高分辨率變倍鏡頭，工業彩色CCD模塊，快速精準檢測篩網尺寸，可滿足0.02㎜~4㎜孔徑范圍內的標準篩網。
圖1.傳統微穿孔板與聲學超表面的結構示意圖
圖2.論文中阻抗分析和數值模擬的吸聲系數曲線
數值模擬：
在comsol中利用熱黏性聲學接口對聲學超材料的聲學特性進行仿真分析。建立的幾何模型如下所示。
在圖2.1.3–3中，板已穿孔，但彈丸仍與孔邊緣存在接觸。在圖2.1.3–4中，彈丸已經遠離板，并以恒定速度運動。圖2.1.3–5和圖2.1.3–6顯示了彈丸速度的變化過程（不同曲線對應了不同的截面控制規則，參考表2.1.3–1 ）。其中采用不同的截面控制規則所得出的分析結果高度一致。
聲襯所具有的穿孔板蜂窩結構可視為數個并聯的亥姆霍茲共振結構。當其共振頻率與噪聲頻率匹配時起到消聲效果。傳統單自由度聲襯噪聲吸收頻帶較窄，多自由度聲襯雖能拓寬吸聲頻帶，但也存在加工工藝復雜、尺寸較大、結構增重較多的問題。
基于以上問題，赫氏公司開發了商品名為Acousti-Cap的隔帽內嵌式蜂窩，如圖5所示。
（9）基于被動噪聲控制中的共振式吸聲原理，利用穿孔板來達到降噪的目的。根據這個原理，考慮在散熱風扇的葉片上打孔，改變氣流的流向，形成等效聲容，減小噪聲。
5 典型案例
5.1 風扇、風機噪聲案例
下圖是利用Actran軟件預測軸流風扇噪聲的案例示意圖。
</strong></p><p><br></p><p>但是，<strong>如果湍流擾動是由于流動中的障礙物，比如旋葉、穿孔板，則L應為障礙物的特征長度，而不是管道直徑。</strong></p><p><br></p><p><strong>對于非圓截面的管道，L為其水力直徑。
這些實際處理效果表明，安裝了鋁合金微穿孔板材料以后，機艙內的噪聲可以降低18db以上。
