隔声罩设计方法与流程

本发明涉及的是一种噪声控制方法，具体地说是隔声罩设计方法。

背景技术：

隔声罩是通过将噪声源封闭在有限空间内，以减少声源向周围空间辐射噪声的封闭型罩状结构。在实际工程应用中，当难以降低噪声源自身噪声且生产操作又允许将声源封闭在有限空间内时，使用隔声罩进行噪声控制可以获得理想的降噪结果。

传统隔声罩设计流程具备设计步骤简单、应用方便、通用性强等优点，但目前该流程对于特定噪声的隔离仍存在如下不足：

(1)传统隔声罩设计流程，并没有考虑设备周围流体空间内声压级分布的差异性，而采用由相同厚度的阻尼材料及吸声材料组成的隔声结构作为隔声罩的五个面板，使得隔声材料不能得到充分的利用，且传统隔声罩通常较为笨重通常不能满足工程上对结构总质量的要求。

(2)传统的隔声罩设计流程，只说明了隔声罩罩面增加钢度、添加阻尼材料和吸声材料可以提高隔声结构的隔声量，但是没有针对以上三种隔声措施，提出规律性的建议。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供为隔声罩各罩板采用贴附不同幅度的阻尼材料及吸声材料提供指导的隔声罩设计方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明隔声罩设计方法，其特征是：

(1)使用有限元软件ansys对隔声结构进行参数化建模及有限元网格划分；

(2)通过声学仿真软件lmsvirtuallab针对不同隔声结构展开隔声性能研究，分析基板加筋、阻尼层、空腔厚度及吸声材料等结构参数对隔声性能的影响，并以隔声量作为结构隔声性能的衡量标准；

(3)确定空气压缩机的隔声罩结构为矩形腔体结构，依据步骤(2)，选择单层加筋钢板作为隔声罩基板；

(4)通过声学仿真软件lmsvirtuallab计算流体空间内各测点位置处的声压级大小，初步确定隔声罩各面板的阻尼层厚度、空腔厚度以及吸声材料厚度；

(5)根据步骤(4)结果，计算隔声罩周围流体空间内各个测点的声压级，并依据各测点低、中、高频声压级的相对大小，进一步调整每个面上阻尼材料、双层板间空腔厚度以及吸声材料的厚度；

(6)重复执行步骤五，调整每个罩面上贴付阻尼材料、双层板间空腔厚度以及吸声材料的厚度，直到全频段隔声罩周围流体空间内各测点位置处的声压级相差在预设范围之内。

本发明的优势在于：本发明根据仿真结果具体分析隔声罩测点位置处的声压级大小，有针对性的对每个面的低、中、高频分别采取噪声控制措施：通过在基板上设置加强筋以提高隔声结构低频段的隔声性能；在基板贴付阻尼材料、隔声结构采用双层板结构、在隔声结构表面贴附吸声材料等措施提高隔声结构中高频段的隔声性能。即在满足降噪要求的前提下，隔声罩每个罩面隔声材料充分利用且罩面实际厚度最小，达到节省材料、节省空间目的。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是场点分布示意图；

图3是一种隔声结构示意图；

图4是单层板结构在设置加强筋前后的隔声量曲线对比图；

图5是加筋板贴付阻尼材料前后的隔声量曲线对比图；

图6是单层基板与双层基板结构隔声量曲线对比图；

图7是双层基板贴付吸声材料前后隔声结构的隔声量曲线对比图；

图8是设置隔声罩前后场点up处的声压级曲线对比图；

图9是设置隔声罩前后场点s1处的声压级曲线对比图；

图10是设置隔声罩前后场点s2处的声压级曲线对比图；

图11是设置隔声罩前后场点s3处的声压级曲线对比图；

图12是隔声罩优化之后各场点处声压级曲线对比图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1-12，本发明的目的是通过以下步骤实现的：

步骤一：使用有限元软件ansys对隔声结构进行参数化建模及有限元网格划分；

步骤二：通过声学仿真软件针对不同隔声结构展开隔声性能研究，分析基板厚度、阻尼层厚度、吸声材料厚度等结构参数对隔声结构隔声性能的影响；

步骤三：根据设备的外形尺寸设计单层加筋板型隔声罩尺寸及外形，并确定基板材料；

步骤四：通过声学仿真软件lmsvirtuallab计算流体空间内各测点位置处的声压级大小，依据各测点声压级的相对大小初步确定隔声罩各面板的阻尼层厚度、空腔厚度以及吸声材料厚度；

步骤五：针对步骤四所设计的隔声罩展开隔声性能分析，计算隔声罩周围流体空间内各测点的声压级，并依据各测点低、中、高频声压级的相对大小，进一步调整每个面上阻尼材料、双层板间空腔厚度以及吸声材料的厚度；

步骤六：重复执行步骤五，直到全频段隔声罩周围流体空间内各测点位置处的声压级相差不大，即完成隔声罩设计。

本发明还包括如下结构特征：

1.每个面由七部分构成，由外而内依次为：基板、阻尼材料、约束层、空腔、单层板、吸声材料、穿孔板。

2.提高隔声结构的刚度有利于提高结构在刚度控制区的隔声量，因此通过在单层板结构上设置加强筋来提高单层板结构在低频段的隔声性能。

3.钢板的阻尼损耗因子较小，单层板结构在结构固有频率处的隔声性能较差，而阻尼材料具有内损耗、内摩擦大的特点，在加筋板表面声波入射一侧贴付阻尼材料可以使一大部分板结构的振动能量转变为内能或其它形式的能量散失掉，所以可以采取在钢板表面贴付阻尼材料的方法来提高板结构的隔声能。

4.任何结构或者材料对于声波都具有一定的吸收能力，吸声材料具有较强的声波吸收能力，因此可以通过在隔声结构表面贴付吸声材料的方法来提高隔声结构的隔声性能。

5.在总厚度相同的情况下，双层结构的隔声性能要优于单层结构的隔声性能，即相同降噪要求下双层隔声结构具有更小的厚度。

具体的讲，本发明按照如下步骤进行：

步骤一、首先，使用有限元软件ansys对隔声结构进行参数化建模及有限元网格划分。

步骤二、通过声学仿真软件lmsvirtuallab针对不同隔声结构展开隔声性能研究，分析基板加筋、阻尼层、空腔厚度及吸声材料等结构参数对隔声性能的影响，并以隔声量作为结构隔声性能的衡量标准。

1.根据单层板结构的隔声理论可知，提高隔声结构的刚度有利于提高结构在刚度控制区的隔声量，因此考虑在单层板结构上设置加强筋来提高单层板结构在低频段的隔声性能。如图4曲线所示可以看到单层板结构在设置加强筋后，隔声结构的第一个隔声低谷向高频方向移动，且其在刚度控制区的隔声量也得到提高。

2.由于钢板的阻尼损耗因子较小，因此单层板结构在结构固有频率处的隔声性能较差，而阻尼材料具有内损耗、内摩擦大的特点，在加筋板表面声波入射一侧敷设阻尼材料可以使一大部分板结构的振动能量转变为内能或其它形式的能量散失掉，所以可以采取在钢板表面贴付阻尼材料的方法来提高板结构的隔声性能。如图5曲线所示敷设阻尼材料的加筋板结构的隔声性能较单纯的加筋板结构要好的多，同时还可以看到在敷设阻尼材料后，结构的隔声量曲线变得相对平滑，不在有很多明显的隔声低谷。

3.在工程实践过程中双层板结构的隔声性能较相同质量的单层板结构的隔声性能要好的多，这是因为双层板间的吸声材料作为弹性结构对第一层钢板的振动具有一定的缓冲和吸收作用，减少了因钢板振动而产生的辐射，提高了隔声性能。如图6所示为传统结构与双层板结构的隔声量曲线对比图，可以看出双层基板结构相比传统结构的隔声效果更显著。

4.任何的结构或者材料对于入射声波都具有一定的吸收能力，吸声材料对入射声波具有较强的吸收能力，因此通常采用在隔声结构表面贴付吸声材料的方法来提高隔声结构的隔声性能，如图7曲线所示可以看到吸声材料的使用，大大提高隔声结构在高频段的隔声性能，但对低频段的隔声性能基本无影响。

步骤三、因为空气压缩机的外形尺寸近似为长方体结构，所以确定空气压缩机的隔声罩结构为矩形腔体结构，依据步骤二中对隔声结构的隔声性能的仿真研究，选择单层加筋钢板作为隔声罩基板。

步骤四：通过声学仿真软件lmsvirtuallab设置空气压缩机五个场点位置如图2所示。首先，计算无隔声罩时空气压缩机各个场点的相对声压级大小，其次，依据步骤二对不同隔声结构隔声性能的研究结果，隔声罩罩面的结构如图3所示依次为：1、基板2、阻尼层3、空气层4、约束层5、吸声材料、6、穿孔板，并初步确定基板阻尼层厚度、多孔材料厚度、吸声材料厚度。

步骤五：设置步骤四所设计的隔声罩之后，计算隔声罩周围流体空间内各个测点的声压级，如图8、图9、图10、图11为设置隔声罩前后各场点处的声压级曲线对比图，可以看到隔声罩的使用使得场点处的声压随频率的升高逐渐降低，并且在设置隔声罩后场点处的声压级较未设置时要小的多。虽然隔声罩每个场点处的声压级大小达到预期要求，但是测点与测点之间的声压级大小相差明显，因此需要在满足隔声要求的前提下，适当减少阻尼材料厚度及吸声材料厚度，提高材料的利用率，节约成本、减小隔声罩面厚度。

步骤六：重复执行步骤五，调整每个罩面上贴付阻尼材料、双层板间空腔厚度以及吸声材料的厚度，计算隔声罩优化之后各场点处声压级曲线对比图如图9所示，随着频率的增加各场点处的声压级逐渐减小，且在个频段各场点处的声压级相差不大达到预期效果，至此隔声罩设计完成。

综上，本发明提供了一种通用隔声罩设计流程，依据单层钢板作用下动力机械周围流体空间内的声压分布特性，隔声罩各面板采用贴附不同幅度的阻尼材料及吸声材料的方案。本发明根据仿真结果具体分析隔声罩测点位置处的声压级大小，有针对性的对每个面的低、中、高频分别采取噪声控制措施：通过在基板上设置加强筋以提高隔声结构低频段的隔声性能；在基板贴付阻尼材料、隔声结构采用双层板结构、在隔声结构表面贴附吸声材料等措施提高隔声结构中高频段的隔声性能。即在满足降噪要求的前提下，隔声罩每个罩面的隔声材料得到充分利用且罩面实际厚度最小，达到节省材料、节省空间目的。