基于声电类比的低频消音结构优化设计

来源：振动与冲击杂志2024年第3期北京时间：

作者：李奇，王晓明，梅玉林

单位：1.大连理工大学机械工程学院，辽宁大连116024；2.大连理工大学汽车工程学院，辽宁大连116024

摘要：基于声电类比，设计了与电滤波器性能相似的低频消音结构，并结合传递矩阵法和模拟退火法，构造了声学结构的优化设计策略。首先，采用归一化方法，以四阶切比雪夫高通电滤波器为基准，设计了电学带阻滤波器；然后，基于声电类比，将电路中的电感电容转换为声学结构中的细管和圆柱腔，构造了消音结构原型，并利用传递矩阵法，建立其数学模型，推导声波传递损失表达式；最后，结合声学结构的数学模型和模拟退火法，以有效衰减带宽最大为目标，以消音结构的尺寸参数为变量，对原型结构进行优化设计。结果表明：基于声电类比，能获得合理的消音结构原型，克服了仅依靠经典消音结构进行设计的局限；结合推导的传递损失数学模型和模拟退火法，对消音结构原型进行参数优化，能显著提高其消音效果，表现在传递损失超过20dB的带宽拓宽至410Hz-2165Hz，是优化前带宽的202%，特别是优化后的结构克服了原型结构在466Hz-537Hz频率范围内不能实现有效消音的缺陷，获得了连续的大跨度有效带宽，且传递损失曲线平均增幅达22.8%。

关键词：声电类比；传递损失；有限元仿真；传递矩阵法；模拟退火法；声学结构