基于薄膜型声学超材料的低频降噪技术研究

发布时间：2017-07-06 05:51

  本文关键词：基于薄膜型声学超材料的低频降噪技术研究

  更多相关文章： 薄膜型声学超材料 低频降噪 有限元分析 隔声测量

【摘要】：一直以来,低频噪声由于其声波波长的特殊性,所以采用普通隔声材料难以达到令人满意的隔绝效果。薄膜型声学超材料的出现,弥补了传统的线性隔声材料应对低频噪声问题上的缺陷,表现出了良好的低频降噪性能。基于结构局部共振原理的薄膜型声学超材料,已经成为超材料在低频噪声领域应用的主要发展趋势。本文系统的研究了薄膜型声学超材料作为一种新型材料,在低频降噪方面的降噪机理,以推动薄膜型声学超材料的实用化进程,本文具体的工作内容如下:本文首先详细分析了声波在隔声结构表面的反射、透射以及吸收系数,明确了隔声材料分析的基本方法,并且给出了隔声性能的评价指标。基于结构力学能量理论,预测了薄膜结构形变状态的应变能分布,为吸声型薄膜声学超材料吸声机理的分析提供了理论和仿真基础。其次,根据薄膜型声学超材料的理论模型,基于有限元分析方法和多物理场有限元分析软件COMSOL,建立了超材料的声-固耦合模型。分析了声反射型薄膜声学超材料在不同频率(100Hz~1000Hz)的声源激励下的隔声效果,证明了超材料用于低频降噪的优越性。同时,深入研究分析了吸声型薄膜声学超材料的吸声机理,分析了吸声型薄膜声学超材料的结构振动特性和能量分布规律,仿真结果与理论预测基本一致。然后,基于建立的声-固耦合模型,研究了超材料的结构参数对超材料的噪声吸声系数的影响。通过对质量块的结构的改进,提高了薄膜声学超材料对低频噪声整体的吸声效果。并且通过对双层超材料结构的分析,证明了采用双层薄膜型声学超材料结构可以使日常生活中低频噪声声波(20~600Hz)平均透声系数降低到低于0.13。最后,制作了薄膜型声学超材料的实物样品。基于驻波管测量方法,搭建了实验平台对制作的样品结构进行了低频隔声效果的实验研究,实验结果表明在414Hz声频率点处制作的薄膜型声学超材料样品能够达到38dB的降噪分贝,证明了薄膜型声学超材料适用于低频降噪领域的有效性。
【关键词】：薄膜型声学超材料 低频降噪 有限元分析 隔声测量
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB53;TB383.2
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题背景及研究意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.3 本文的研究内容15-16
• 1.4 本文的结构安排16-18
• 第二章 隔声材料的降噪分析基本理论18-29
• 2.1 隔声分析的基本原理18-24
• 2.1.2 平面波方程分析18-19
• 2.1.3 声波的反射、透射与吸收分析19-22
• 2.1.4 隔声性能的评价指标22-24
• 2.2 薄板结构的吸声机理研究分析24-28
• 2.3 本章小结28-29
• 第三章 薄膜型声学超材料低频降噪仿真分析29-51
• 3.1 薄膜型声学超材料模型分析29-32
• 3.2 有限元建模32-36
• 3.2.1 有限元理论32-33
• 3.2.2 声场有限元建模33-36
• 3.3 声反射型薄膜型声学超材料隔声效果分析36-39
• 3.4 吸声型薄膜型声学超材料仿真结果39-49
• 3.4.2 结构振动模态分析40-42
• 3.4.3 声场仿真分析42-49
• 3.5 本章小结49-51
• 第四章 吸声型薄膜型声学超材料的结构设计51-62
• 4.1 引言51
• 4.2 单层结构设计分析及对比51-59
• 4.2.1 结构参数的设计对吸声系数的影响51-55
• 4.2.2 局部结构改进设计吸声系数的影响55-59
• 4.3 双层结构设计分析59-61
• 4.4 本章小结61-62
• 第五章 薄膜型声学超材料低频降噪实验62-72
• 5.1 薄膜型声学超材料的制作62-63
• 5.2 薄膜型声学超材料的低频隔声实验63-69
• 5.2.1 实验原理63-64
• 5.2.2 驻波管法测量原理分析64-69
• 5.3 实验结果分析69-71
• 5.4 本章小结71-72
• 第六章 总结与展望72-74
• 6.1 本文总结72-73
• 6.2 工作展望73-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-78

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