两边支撑声学超材料板的低频宽带隔声性能研究

发布时间：2020-12-31 00:56

　　以电力变压器低频隔声为应用背景,提出了一种结构简单轻质的局域共振声学超材料板,它由在两边支撑框架上紧密粘贴高分子聚合物薄板制成,相比四边支撑超材料板,其具有更加优越的低频隔声能力。在声波垂直入射条件下,采用有限元仿真对其隔声特性进行研究,结果表明在248 Hz处出现了一个明显的隔声峰,隔声量达到了31 dB。为拓宽低频隔声频带,在超材料板上布置质量块,仿真结果表明在152～560 Hz范围内出现了三个密集的隔声峰,最高隔声量达26 dB,从而一定程度上实现宽频隔声效果;同时在120 Hz处出现了一个隔声量为18 dB的隔声峰。最后搭建了基于小型箱体的隔声实验平台,可以发现实验测试结果与仿真结果具有较好的一致性,从而验证了轻质声学超材料板良好的低频宽带隔声性能,说明了两边支撑声学超材料板具有广阔的工程化应用前景。 

【文章来源】：振动与冲击. 2020年09期 北大核心

【文章页数】：7 页

【图文】：

图1 两边支撑的声学超材料板结构示意图

式中: W in = | Ρ i | 2 2ρ 0 c 0 为入射声能; W out = | Ρ t | 2 2ρ 0 c 0 为透射声能。定义入射声压为1 Pa,扫描频段为200～1 000 Hz,步长为8 Hz,并且考虑PET薄板的阻尼系数为0.1。为了对比研究,本文对四边支撑单元胞也进行建模仿真,将四边支撑单元胞的支撑框架高度Hf设置为3.28 mm,保持其它尺寸参数和材料参数不变,以确保相同面密度(2.505 kg/m2)。

有限元仿真结果如图3(a)所示,同时采用质量隔声定理计算了同等面密度条件下的薄板隔声量。相比四边支撑超材料板,两边支撑超材料板在低于304 Hz低频范围内的隔声量明显更高,并且更是高于质量定律所计算的均质板隔声量。其中在248 Hz处出现了一个明显的隔声峰,其隔声量达到了31 dB,在496 Hz处出现了一个隔声谷,分别标记为A和B。进一步的,计算其等效质量密度 [18] ρ - =[Δ p - ]/ u tt ˉ ,其中 [Δ p - ] 表示单元胞两侧的声压差积分, u tt ˉ 表示对单元胞振动加速度进行体积分。如图3(b)所示,在A点隔声峰处,等效质量密度达到最大值,并由正值突变负值。在B点隔声谷处为零,这种负等效参数特性正是声学超材料所具有的属性。在本文的研究中,由于所采用的薄板厚度很薄(仅为0.3 mm),在入射声波激励作用下不会有体积变化,具体表现为薄板体积的膨胀与压缩,因而等效体积模量近似为一常数。在A点隔声峰处,等效质量密度 ρ - 达到最大值,等效阻抗 Ζ - = ρ - κ - 将会变的很大,这意味着在该频率处超材料板与背景声压阻抗匹配严重失衡,从而导致入射声波的大量反射。相反在B点隔声谷处, ρ - 接近于零,进而等效阻抗 Ζ - 很小,所以超材料板与背景声压阻抗匹配的很好,导致声波很好的耦合透射。

【参考文献】：
期刊论文
[1]电力变压器噪声研究与控制[J]. 谭闻,张小武.  高压电器. 2009(02)



本文编号：2948630