典型聲學(xué)超材料的低頻隔聲特性研究.pdf

1、低頻噪聲問題廣泛存在于航空航天、高速列車、海洋船舶、輸變電工程等實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域中。低頻噪聲傳播距離遠(yuǎn)、透聲能力強(qiáng)，長期暴露在低頻噪聲環(huán)境中，會(huì)對人們的日常生活以及身體健康造成嚴(yán)重的干擾和影響，因而降噪需求突出。隔聲處理是低頻噪聲的有效控制方法之一。傳統(tǒng)的隔聲材料在低頻段的隔聲性能需要遵循質(zhì)量密度定律，即面密度決定隔聲材料的隔聲量。增加隔聲材料面密度才能提高低頻隔聲量，由此帶來隔聲材料重量大的問題。
　　近年來，聲學(xué)超材料概念的提出為

2、低頻隔聲提供了新的理論基礎(chǔ)和技術(shù)途徑。聲學(xué)超材料是指由特殊設(shè)計(jì)的人工聲學(xué)結(jié)構(gòu)單元周期排列在基體材料中構(gòu)成的新型聲學(xué)材料或結(jié)構(gòu)，可以獲得自然界材料所不具有的超常特性，如負(fù)質(zhì)量密度特性。聲學(xué)超材料的負(fù)質(zhì)量密度特性可以打破傳統(tǒng)隔聲材料質(zhì)量密度定律的限制，在輕質(zhì)條件下實(shí)現(xiàn)高效隔聲，這為低頻隔聲設(shè)計(jì)提供了一種新的手段。本文以當(dāng)前聲學(xué)超材料降噪應(yīng)用探索領(lǐng)域最關(guān)注的兩種典型聲學(xué)超材料（聲學(xué)超材料板、聲學(xué)超材料膜）為研究對象，在考慮多種邊界條件的基礎(chǔ)上

3、，對其隔聲特性計(jì)算、分析及設(shè)計(jì)等問題展開了系統(tǒng)深入研究，論文的主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：
　　1、基于模態(tài)疊加法，建立了四邊簡支、四邊固支兩種邊界條件下有限大聲學(xué)超材料板的隔聲特性計(jì)算方法，并通過與其他方法及實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果比較，驗(yàn)證了算法的有效性?；谟邢拊椒ǎo限大聲學(xué)超材料膜隔聲特性計(jì)算方法，與其他方法作對比分析，驗(yàn)證了其有效性。
　　2、研究了四邊簡支、四邊固支兩種邊界條件下有限大聲學(xué)超材料板的隔聲特性。研究發(fā)現(xiàn)：無

4、論是四邊簡支還是四邊固支邊界條件，隨著周期單元的間距變小，聲學(xué)超材料板在目標(biāo)頻率處的傳聲損失逐漸變大，直至收斂；隨著附加質(zhì)量的增加，聲學(xué)超材料板在目標(biāo)頻率處的傳聲損失增大，且在傳聲損失峰值附近的隔聲帶寬變寬；隨著振子損耗因子的增加，聲學(xué)超材料板的隔聲峰值逐漸被削減。
　　3、比較分析了四邊簡支、四邊固支、無限大三種邊界條件的聲學(xué)超材料板低頻隔聲特性。研究表明：在目標(biāo)頻率處傳聲損失收斂的條件下，改變聲波入射俯仰角，三種邊界條件下目標(biāo)

5、頻率處的傳聲損失曲線基本相吻合，此時(shí)邊界條件對目標(biāo)頻率處的傳聲損失幾乎沒有影響；目標(biāo)頻率處傳聲損失收斂的條件下，改變聲波入射方位角，四邊簡支邊界條件下在目標(biāo)頻率處的傳聲損失曲線與無限大邊界條件下的基本吻合，但是四邊固支邊界條件下在目標(biāo)頻率處的傳聲損失對聲波方位角的改變比較敏感，增大方位角，其傳聲損失整體上移十多分貝。
　　4、研究了多元胞無限大聲學(xué)超材料膜的隔聲特性。研究表明：無限大聲學(xué)超材料膜產(chǎn)生的隔聲峰值比有限大聲學(xué)超材料膜產(chǎn)