可调双负超常材料及宽带低频吸声研究
本文关键词：可调双负超常材料及宽带低频吸声研究，，由笔耕文化传播整理发布。
【摘要】：声学超常材料具有许多自然材料和传统材料所不具有的特殊的性质,在许多了领域展现出巨大的应用前景。本文提出了一种可调节的双负超常材料,并设计了一种低频宽频带的吸声结构。论文主要分为以下几个部分：第一章,回顾了声学超常材料的发现背景,以及从单负超常材料到双负超常材料的发展过程。同时,本章还对目前国际上关于可调节的超常材料和吸声超常材料的研究及进展进行了总结。第二章,利用Bloch理论,流体阻抗理论和等效介质理论分别对三种一维管状超常材料(负密度,负模量和双负超常材料)的性能进行了分析,包括色散方程,传输曲线,等效参数等等。其中,Bloch理论可以准确给出超常材料的色散方程和声场分布,流体阻抗理论可以用来描述超常材料的声阻抗和传输系数。而当声波在低频范围内并且满足长波长近似的条件下,可以通过等效介质理论得到超常材料的等效介质参数。第三章,提出了一种基于周期性薄膜和侧孔的可调节的超常材料,并论证了当薄膜和侧孔对称分布时,薄膜和侧孔彼此是独立作用互不影响的。由于周期性排列的薄膜中受到的张力和薄膜弹性模量的变化是由电磁铁提供的附加应力产生的,因此,通过控制电磁铁驱动电压,可以调节超常材料的传输曲线,双负通带和相速度等。实验结果表明,6V的微小直流电压可以引起双负通带带宽40%的偏移,这是一种易于控制的可调声学超常材料。第四章,设计了一种基于回形侧管和迷宫侧管结构的吸声超常材料,利用声波干涉相消的原理,当声波沿主管传播时会被侧管吸收。通过对侧管结构尺寸的设定和组合,超常材料可以形成一个极其宽的禁带,截止频率最低可以达到80Hz。我们利用COMSOL软件对吸声材料进行了房间仿真,并对比了其他几种结构,发现具有侧管结构的超常材料对声波有非常好的吸收,可以达到50-200 dB衰减效果,从而证明了该超常材料具有低频宽带的吸声效果。同时,这种超常材料是一个开放结构,在吸声的同时,主管中空气依然可以流动,因此在建筑楼宇的噪声消除领域具有极大的潜力。第五章,是对全文进行小结和对未来工作的展望。
【关键词】：声学超常材料 可调 双负 宽带 低频 吸声
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB34
【目录】：
- 中文摘要4-6
- 英文摘要6-10
- 第一章 绪论10-32
- 1.1 声学超常材料简介10-11
- 1.2 负等效参数声学超常材料11-15
- 1.2.1 负等效质量密度超常材料11-13
- 1.2.2 负等效模量超常材料13-14
- 1.2.3 双负超常材料14-15
- 1.3 可调节的声学超常材料15-19
- 1.4 吸声超常材料19-22
- 参考文献22-32
- 第二章 双负超常材料的理论分析32-42
- 2.1 引言32-33
- 2.2 理论分析33-38
- 2.2.1 Bloch理论34-35
- 2.2.2 流体阻抗理论35-36
- 2.2.3 等效介质理论36-38
- 2.3 本章小结38
- 参考文献38-42
- 第三章 可调双负超常材料42-59
- 3.1 引言42-43
- 3.2 双负超常材料的理论计算43-47
- 3.2.1 双负超常材料的传输曲线43-45
- 3.2.2 双负超常材料的等效参数45-46
- 3.2.3 双负超常材料截止频率与薄膜侧孔的关系46-47
- 3.3 可调双负超常材料47-55
- 3.3.1 结构设计47-48
- 3.3.2 薄膜弹性系数与直流电压之间的关系48-49
- 3.3.3 传输曲线的实验测量49-51
- 3.3.4 超常材料的相速度51-53
- 3.3.5 超常材料的瞬态响应53-55
- 3.4 本章小结55
- 参考文献55-59
- 第四章 宽带低频吸声的超常材料59-74
- 4.1 引言59-60
- 4.2 理论分析60-65
- 4.2.1 单节回形管理论分析60-62
- 4.2.2 多节回形管的理论分析62-64
- 4.2.3 迷宫管结构的理论分析64-65
- 4.3 超常材料的结构设计65-67
- 4.4 房间应用仿真67-70
- 4.5 本章小结70-71
- 参考文献71-74
- 第五章 总结与展望74-75
- 致谢75-76
- 攻读硕士期间的工作成果76-77
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