阵列声结构在声信号传播中的影响研究

发布时间：2020-04-23 10:53

【摘要】：声学超材料是指由特殊设计的人工声学结构单元周期排列在基体材料中构成的,可以获得具有与自然界中物质不同的超常物理性质的声学新颖材料或者新结构。声表面结构是一种二维的声学超材料,其周期阵列结构中单元结构的分布排列以及尺寸等因素对声波传播存在的影响,会导致声波传播的路径发生改变。通过特定尺度设计的声学微结构超材料,可以在微结构区域实现波的局域共振及声波汇聚现象,此现象可以被应用于声学隐身或声学探测的研究中。经过以往研究人员大量理论和实验的研究表明,合理地设计声表面结构中单元结构的尺寸等参数,可以使得声表面结构对声波的传播路径进行调控。本文的主要研究内容是针对金属结构开展周期微结构尺度设计,通过有限元多物理场仿真软件,分别从此结构中缺陷的数量、尺寸、周期以及信号源的频率这几个方面,详细研究了对声波传播的影响。通过对仿真结果的研究分析,选取合适的缺陷结构参数和信号参数,使得一定频率的声信号在传播过程中与声表面结构相互耦合,得到了能够使得声源信号产生局域共振的效果。最后进行声表面结构的系统实验,对仿真结果的准确性进行验证。通过对仿真实验结果的分析发现,改变声表面结构中缺陷的尺寸、数量、周期参数确实可以对声波的传播路径产生影响。缺陷数量越多,越能将能量集中在结构的缺陷区域,即声学超材料的特异性更能得到体现。当圆形孔缺陷半径为0.1cm左右,周期在0.4~05cm范围内,激励源信号的频率在3.5MHz左右的时候,都可以使声波在声阵列结构内形成较明显的局域共振效果。声表面结构可以应用在声学隐身方面,如无人潜航器、潜艇等装备的声隐身。
【图文】：

结构图,圆孔,结构图,模块选择

构在声信号传播中的影响研究第二章声表面结构的度选择、模块选择以及几何建模MSOL 的仿真分析主要有下面几个主要步骤：维度选择，模块选择，格剖分，计算求解，，结果后期处理。这些步骤之间的关系可以用图 2缺陷为例）进行形象化阐述。有限元的前期处理主要是几何模型的建数和载荷，定义边界约束条件，剖分网格等，最后按照一定的的格式形所需要的有限元计算数据。本文选择的是二维建模，因为本文中设计的陷是在固体表面的流体缺陷，需要涉及到声波分别与固体和流体的耦学模块的声固耦合的接口。

网格剖分

表面结构的基本理论阵列声结构在声信号传播中的格剖分剖分就是将所建的模型进行分解，分解成很多个有限个的小单元，这以是三角形和四边形，分解的目的就是为了一个单元一个单元地计算方法的思想的体现。当然分解的数量越多越好，网格剖分得越密，得到高，已经有文献给出这样的定论，但是带来的负面效果就是计算量成倍心内存就可能溢出，导致数据丢失，增加了时间成本。所以在网格剖分方法可以在分解的个数（网格密度）和计算量上作出一个平衡。我们可型的不同形状或者同一模型不同部位的形状选择合适的单元形状进行以根据具体的模型形状对不同模型和同一模型的不同部位选择不同的 2.3 是网格剖分图。
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB34

【参考文献】