基于局域共振原理的瓣型宽带隙声学超材料研究

发布时间：2017-06-24 04:08

  本文关键词：基于局域共振原理的瓣型宽带隙声学超材料研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：声学超材料是一类由人工设计的特殊结构单元周期性排列构成的亚波长材料/结构,具有很多自然材料所不具备的超常声学性质如负质量密度和负体积模量等,因此,声学超材料在减振降噪、声波控制等方面具有重要的应用价值。本文基于局域共振理论,设计了一种带有瓣形结构的薄膜型宽带隙声学超材料,并运用有限元计算和仿真方法详细研究了该薄膜型声学超材料的能带特性及其振型特性。最后利用四传感器驻波管法对瓣型声学超材料的隔声性能进行研究。具体研究内容如下:(1)针对低频声波建立基于局域共振机理的薄膜型声学超材料模型并计算了其能带结构。相比于其他声学超材料模型,这种带瓣状结构模型的优点是能够产生较宽的带隙。本文所设计的带有瓣形结构的声学超材料比无瓣型声学超材料带隙更宽,并且仅用单层结构同种元胞组合就可以在一定频率下形成较宽的多个完全带隙,而不需要通过不同种元胞组合或是多层结构的复合而达到一定带隙特性。(2)详细研究了元胞的振动模态,分析研究所设计声学超材料带隙特性产生的机理。声学超材料元胞的振动就是一种局域共振:第一种振动模态是z方向的平动,第二、第三种振动模态都是在x-y平面内的转动,第四和第五种振动模态基本一样,都是沿y轴和沿x轴的平动,第六种振动模态是在x-y平面内以z轴为转动轴的转动形式,第七种振动只有瓣的轻微振动。(3)详细研究了模型几何参数对声学超材料带隙特性的影响规律,并对微结构参数进行了优化。以含一个瓣结构的元胞为代表,研究各几何参数对三个带隙上下边界的影响规律。研究发现晶格常数、质量块半径、薄膜厚度是影响带隙特性的主要几何因素。进一步讨论了瓣的数量对各带隙上下边界的影响规律,发现单瓣结构对应的带隙特性最优越。(4)基于传递函数法的四传感器隔声量测量。实验测量结果与仿真结果的对比分析显示,实验和仿真的隔声量曲线在特定频段内的走向趋势一致。
【关键词】：声学超材料 局域共振 带隙特性 隔声量
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB535
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 课题背景10-11
• 1.2 声学超材料的基本概念11-13
• 1.3 声学超材料的研究现状13-18
• 1.3.1 声学超材料带隙计算方法13-15
• 1.3.2 声学超材料设计与机理研究15-18
• 1.4 声学超材料的应用研究18-20
• 1.5 课题研究的目的和意义20-21
• 1.6 研究思路和主要研究内容21-22
• 第二章 声学超材料带隙计算理论22-28
• 2.1 声学超材料的基本理论22-25
• 2.1.1 声学超材料的周期性描述22-23
• 2.1.2 声学超材料的Bloch原理23-24
• 2.1.3 弹性波波动方程24-25
• 2.2 声学超材料带隙形成机理25-27
• 2.3 本章小节27-28
• 第三章 瓣型声学超材料结构模型的设计和分析28-44
• 3.1 单瓣声学超材料结构模型的建立和能带结构的计算28-35
• 3.1.1 单瓣结构模型的建立28-30
• 3.1.2 利用有限元法计算单瓣结构模型的能带计算30-33
• 3.1.3 计算结果分析33-35
• 3.2 四瓣声学超材料结构模型设计及分析35-38
• 3.2.1 四瓣结构模型的声学超材料能带分析36-38
• 3.3 单瓣结构模型与四瓣结构模型能带结构对比38-39
• 3.4 声学超材料微结构模态分析39-42
• 3.5 本章小结42-44
• 第四章 微结构几何参数对声学超材料能带结构的影响44-56
• 4.1 质量块半径的影响44-46
• 4.2 薄膜厚度的影响46-48
• 4.3 晶格常数的影响48-50
• 4.4 “瓣”的数量的影响50-52
• 4.5 “瓣”的厚度的影响52-55
• 4.6 本章小结55-56
• 第五章 声学超材料隔声性能的实验研究56-66
• 5.1 基本声学参数介绍56-57
• 5.1.1 声压56-57
• 5.1.2 隔声量STL57
• 5.2 实验仪器57-58
• 5.3 四传感器驻波管法测试原理58-60
• 5.4 声学超材料的制备60-61
• 5.5 实验结果与分析61-65
• 5.5.1 实验中注意事项61-62
• 5.5.2 实验结果62-63
• 5.5.3 有限元仿真与实验结果对比分析63-65
• 5.6 本章小结65-66
• 第六章 总结与展望66-68
• 6.1 本文总结66-67
• 6.2 研究展望67-68
• 参考文献68-74
• 致谢74-75
• 读研期间发表的文章75

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