柔性超微孔微穿孔板吸声体研究

In this project, a new flexible Micro Perforated Panel Absorber (MPPA) with ultra micro perforations as low as tens of micros will be investigated. It has larger sound absorption bandwidth up to 3 octaves, and is capable of being deformed to adapt for irregular shaped noise targets with small and compact package. Approaches for theoretical calculations and design optimization of the proposed MPPA will be presented in this project, and Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) technology will be used to fabricate the flexible Micro Perforated Panel (MPP) with ultra micro apertures in pretty precise shapes and sizes, as well as in large volume and cost effective. Then the flexible MPPA can be developed. With MEMS technology, the technique barrier which restricts absorption bandwidth of the MPPAs previously fabricated by traditional machining can be removed, thus the potential for the single MPP absorbers can be released. With the contribution of this work, significant progress will be made for the proposed MPPA in the course of practical application.

研究一种新型柔性超微孔MPPA（微穿孔板吸声体），其孔径低至数十微米，兼有吸声频带宽和可弯曲变形的特点，既有良好的吸声性能，又能高度适应发动机等曲面噪声源的外部形状，对其近乎"贴身式"降噪，体积小，空间紧凑，具有重要且更加广阔的应用前景。本项研究将建立柔性超微孔MPPA的理论计算和优化设计方法，并采用微机电系统（MEMS）技术研制出这种柔性超微孔MPPA，从而突破制约单层MPPA宽频带吸声的加工技术瓶颈，发挥出其最大吸声潜能。通过本项研究，为推进这种新型MPPA的实用化和批量应用奠定理论和技术基础。

本项目的研究目标是研究一种柔性超微孔微穿孔板吸声体，它兼有吸声频带宽和可弯曲变形的特点，在减振降噪领域有重要且更加广阔的应用前景。. 通过对马氏MPP理论的适用极限研究，我们发现，当穿孔直径低至20多微米时，该理论模型仍然有很高的理论预测精度，与实验测试结果基本吻合。. 针对单层超微孔MPP的吸声带宽极限研究，我们采用MEMS技术加工出孔径只有27微米的硅基MPP，其吸声带宽超过了3.0倍频程（以吸声系数0.5作为吸声底线），使单层微穿孔板成为通用吸声材料成为可能。. 我们采用专业声学仿真软件VA One和通用有限元仿真软件Ansys联用的方法，对柔性MPP的声学特性进行了计算和分析，并开发了一套微穿孔板吸声体性能仿真与优化设计软件，可根据目标噪声频谱，对刚性或柔性MPPA的结构设计参数进行寻优。. 针对柔性超微孔MPP的加工制造工艺研究，我们开发了基于MEMS技术的模板浇铸脱模法和热压印穿孔法，同时还研究了针辊式穿孔法和数控铣床穿孔法，并比较和分析了这些加工方法的各自特点，其中MEMS模板浇铸脱模法和数控铣床穿孔法都可以实现孔径小于100微米的超微孔柔性MPP加工，前者可以实现批量化加工，但成本较高，后者加工精确，但不适合于孔径较小、穿孔密度较大的柔性微穿孔板批量化加工。热压印穿孔法和针辊式穿孔法可以实现批量化加工，加工效率高，不过难以加工出孔径100微米以下的超微孔，且加工误差较大。. 我们研制了多种柔性材质的MPP膜片，包括PDMS（硅胶），PP（聚丙烯），PVC（聚氯乙烯），PC（聚碳酸酯），PET（耐高温聚酯）等。其中，采用数控铣床穿孔法加工的PVC-MPP膜片有较好的吸声性能，部分样品的吸声带宽可以达到3.0倍频程。. 本项目实施期间，共发表标注基金号的论文11篇，其中SCI期刊论文3篇，EI国际会议论文2篇，核心期刊论文6篇；共获得9项专利授权，其中发明专利3项，实用新型专利6项。