薄膜声学超材料隔声特性研究和优化设计

发布时间：2020-10-27 05:04

　　 声音在生活中无处不在,是人类交流和发展必不可少的媒介。但是在生活中不可避免地充斥着各种噪声需要隔绝。传统隔声材料例如钢板、砖墙等一类材料等对大部分的噪声具有良好的阻隔效果,但低频噪声阻隔方面鲜有成就。本文立足于声学超材料,通过仿真软件研究框架、薄膜和附加质量块构成的薄膜型声学超材料低频隔声方面的性能,并提出相应的实验方案,做出相关的验证分析。首先研究了薄膜预应力的大小、薄膜的厚度、附加质量块的面密度、附加质量块的尺寸等材料参数对结构隔声性能的影响。结果发现,增加薄膜预应力或者增大薄膜厚度,峰值和谷值对应的频率增高,峰值隔声量的幅值变大,有效隔声范围增加;附加质量面密度的増加将提高峰值和第一个谷值对应的频率分布,第二个隔声谷频率几乎不变化,峰值隔声量的幅值变大,有效隔声范围增加。附加质量尺寸的増加将提高峰值对应的频率分布,两个谷值频率变化不明显,峰值隔声量的幅值变小,有效隔声范围没有明显变化。以上四个参数中附加质量尺寸的变化对整个结构的隔声性能影响较小。接着对结构进行了优化设计,包括:对两种不同性能的薄膜进行拼接组合,可以达到介于两膜之间的隔声效果;相同胞元的两模型组合形成质量块有无约束两种双层试件;不同胞元的两模型组合形成质量块有无约束两种双层试件。研究结果表明双层试件均不同程度改良了隔声效果。最后提出一种附加磁性质量块的双层薄膜结构,通过形状记忆框架改变两层薄膜之间的距离,磁力改变薄膜应力和质量块约束情况,达到对隔声频段进行智能调节的目的。通过实验验证了方法可行性,在隔声频段可调节应用方面具有较大潜力。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TB535.1;TB34
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究的目的和意义
    1.2 声学超材料研究现状
    1.3 薄膜型声学超材料研究现状
    1.4 本文主要研究内容
第2章 隔声特性计算方法研究
    2.1 引言
    2.2 声学基础理论
        2.2.1 声波的传播
        2.2.2 隔声性能的评价
    2.3 膜结构的振动分析
        2.3.1 膜的振动方程
        2.3.2 圆膜对称自由振动
    2.4 模态分析和隔声仿真
    2.5 本章小结
第3章 隔声特性调控规律和优化设计
    3.1 引言
    3.2 材料参数对隔声效果的影响
        3.2.1 薄膜预应力对隔声效果的影响
        3.2.2 薄膜厚度对隔声效果的影响
        3.2.3 质量块面密度对隔声效果的影响
        3.2.4 附加质量尺寸对隔声效果的影响
    3.3 隔声结构优化设计
        3.3.1 单层组合膜声学超材料
        3.3.2 相同胞元双层薄膜型声学超材料
        3.3.3 不同胞元双层薄膜型声学超材料
    3.4 本章小结
第4章 隔声实验与隔声可调节
    4.1 引言
    4.2 实验准备
        4.2.1 声学测试系统
        4.2.2 试件制备
        4.2.3 薄膜预应力测量
    4.3 实验结果分析
        4.3.1 改变薄膜预应力
        4.3.2 改变薄膜厚度
        4.3.3 改变质量块面密度大小
        4.3.4 不同胞元双层薄膜
    4.4 隔声频段可调节双层薄膜
        4.4.1 双层薄膜附加磁性质量块
        4.4.2 可调节双层薄膜声学超材料
    4.5 本章小结
结论
参考文献
致谢

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本文编号：2858084