薄膜型聲學(xué)超材料隔聲特性研究.pdf

1、低頻噪聲具有很強(qiáng)的穿透能力，一直是環(huán)境污染的重要組成部分。受質(zhì)量密度定律所限制，傳統(tǒng)輕質(zhì)隔聲材料很難有效隔離低頻噪聲，因而，輕質(zhì)材料的低頻隔聲問題一直是隔聲領(lǐng)域的瓶頸。近年來，聲學(xué)超材料概念的提出為低頻隔聲材料的設(shè)計(jì)提供了新的思路，而薄膜型聲學(xué)超材料在實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)低頻隔聲方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。目前已有的研究表明：薄膜型聲學(xué)超材料能夠顯著提高低頻段的隔聲性能，采用多層疊加可以實(shí)現(xiàn)寬頻段的隔聲。然而，薄膜型聲學(xué)超材料聲學(xué)性能準(zhǔn)確預(yù)報(bào)、隔聲機(jī)理、調(diào)

2、控規(guī)律、以及輕質(zhì)寬帶設(shè)計(jì)等方面還存在大量的基礎(chǔ)問題有待解決。
　　本文緊緊圍繞薄膜型聲學(xué)超材料在隔聲應(yīng)用方面面臨的關(guān)鍵理論和技術(shù)問題展開研究，研究的主要內(nèi)容包括：(1)薄膜型聲學(xué)超材料的聲振特性計(jì)算方法；(2)薄膜型聲學(xué)超材料的隔聲機(jī)理與調(diào)控規(guī)律；(3)薄膜型聲學(xué)超材料寬頻段噪聲隔離技術(shù)。論文研究取得的主要?jiǎng)?chuàng)新成果包括：
　　1、提出了薄膜型聲學(xué)超材料聲振特性解析計(jì)算方法，為研究薄膜型聲學(xué)超材料隔聲性能提供了有力工具。該方法

3、能夠?qū)M成薄膜型聲學(xué)超材料的基本單元進(jìn)行全面分析，在薄膜型聲學(xué)超材料性能預(yù)測(cè)、調(diào)控規(guī)律研究方面具有方便、快捷、有效等優(yōu)點(diǎn)。
　　2、深入分析了各參數(shù)對(duì)薄膜型聲學(xué)超材料隔聲性能的調(diào)控規(guī)律，深入揭示了薄膜型聲學(xué)超材料的隔聲機(jī)理，為薄膜型聲學(xué)超材料實(shí)現(xiàn)寬頻段噪聲隔離提供了支持。
　?。?）發(fā)現(xiàn)相鄰單元含有不同質(zhì)量的振子時(shí)，可以改善低頻隔聲性能，這為薄膜型聲學(xué)超材料的低頻隔聲和多頻段噪聲隔離提供了一條新的思路。
　　（2）發(fā)現(xiàn)

4、雙層薄膜型聲學(xué)超材料在特定頻率處，膜結(jié)構(gòu)與中間空氣層組成“質(zhì)量-彈簧”系統(tǒng)，在入射聲波激勵(lì)下發(fā)生共振，透射能量增大，隔聲性能降低，解釋了出現(xiàn)隔聲低谷的根本原因。
　　（3）分析了樣品較大時(shí)，框架振動(dòng)對(duì)薄膜型聲學(xué)超材料隔聲性能的影響規(guī)律，研究表明：附加質(zhì)量局域振動(dòng)形成的隔聲峰不受支撐框架振動(dòng)的影響，其隔聲峰頻率位置可以通過單個(gè)元胞的隔聲峰的頻率位置來預(yù)測(cè)；通過格柵框架的合理設(shè)計(jì)，利用框架振動(dòng)，能夠在更低頻處產(chǎn)生另外一個(gè)隔聲峰，從而拓

5、寬整個(gè)薄膜型聲學(xué)超材料的隔聲帶寬，實(shí)現(xiàn)多頻段噪聲的有效隔離。
　　（4）研究發(fā)現(xiàn)：相比圓形重物，環(huán)形重物結(jié)構(gòu)能夠在不降低隔聲帶寬的情況下，實(shí)現(xiàn)更低頻的隔聲；采用環(huán)形和圓形組合重物結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)多頻段噪聲的隔離。
　　3、初步開展了薄膜型聲學(xué)超材料低頻隔聲應(yīng)用探索，設(shè)計(jì)并制作了0.8m×0.8m的實(shí)驗(yàn)樣件，并完成了構(gòu)建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，完成了實(shí)驗(yàn)測(cè)試，為薄膜型聲學(xué)超材料的工程應(yīng)用提供了一定經(jīng)驗(yàn)。
　　總之，本文主要針對(duì)薄膜型聲學(xué)超