基于超材料的声波主动控制技术研究

发布时间：2017-10-05 16:13

  本文关键词：基于超材料的声波主动控制技术研究

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【摘要】：消声瓦由于优良的声学性能被广泛应用于潜艇隐身方面。随着声呐探测向低频段方向发展,为保证潜艇的宽频带隐身效果需增加消声瓦厚度,但消声瓦厚度的进一步增加受潜艇本身性能等要求的限制,因此急需探索能够实现潜艇宽频带隐身的结构或材料。声学超材料由于具有独特的频带结构、等效负参数等超常声学性质为宽频声波的控制提供了新方向,其中主动声学超材料具有结构灵活、质量轻、体积小等优点,能够实现对宽频声波的主动调控。然而目前对声学超材料中声波传输的主动控制研究较少,现有的理论主要集中在声学超材料负等效参数和超常声学性质的研究方面。因此,本文采取理论分析、数值模拟和实验研究等相结合的方法,研究声学超材料对声波的主动调控技术,具体研究包括以下几个方面:基于传递函数法和LC谐振原理建立了声学超材料频带主动调控数学模型,研究了频带结构对声学超材料吸声性能的影响规律,运用阻尼材料被动吸声原理,结合压电材料机电耦合特性设计了声学超材料结构,引入回转器回路作为声学超材料频带主动调控模块,得出了外接电路参数对声学超材料频带分布的影响规律,仿真分析了声学超材料的频带分布和吸声性能,为后续进行声学超材料频带分布实验及优化结构奠定了基础。通过理论分析和仿真模拟相结合的方法,研究了压电材料的声阻抗主动调控方法,运用传递函数法建立了声学超材料声阻抗调节计算模型,研究了通过外接电压改变声学超材料声阻抗的技术,运用可编程程序控制语言编写了电压控制算法,搭建了声学超材料声阻抗实时控制系统,实现声波检测、信号运算、声阻抗调控等功能,仿真声学超材料的吸声系数、声阻抗的分布及其变化规律。搭建聚脲制备实验台,采用密度小、成本低的粉煤灰空心球制备了聚脲空心球阻尼层材料,制作了声学超材料实物。建立高、低频声波测试系统,研究其频带和声阻抗的调控规律和影响因素,改变声学超材料外部调控模块参数,得出了外接电路和外接电压对声学超材料声学性能的影响规律。
【关键词】：消声瓦 声学超材料 主动调控 传递函数法 频带结构 声阻抗
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB34
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题研究的目的及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-16
• 1.2.1 消声瓦发展现状10-11
• 1.2.2 声学超材料研究现状11-14
• 1.2.3 声波主动控制技术研究现状14-16
• 1.3 主要研究内容16-17
• 第2章 声学超材料频带主动调控技术研究17-34
• 2.1 声学超材料频带分布模型17-21
• 2.1.1 声学超材料中声波运动方程17-18
• 2.1.2 声学超材料传递函数18-20
• 2.1.3 声学超材料频带结构20-21
• 2.2 声学超材料频带调控模型21-27
• 2.2.1 声学超材料传递矩阵的推导21-26
• 2.2.2 频带控制的原理与方法26-27
• 2.3 声学超材料频带调控结构设计27-28
• 2.3.1 声学超材料阻尼层结构设计27-28
• 2.3.2 声学超材料压电层结构设计28
• 2.4 声学超材料频带调控性能分析28-33
• 2.4.1 含纯聚脲声学超材料频带调控性能分析29-32
• 2.4.2 含聚脲空心球声学超材料频带调控性能分析32-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第3章 声学超材料声阻抗主动调控技术研究34-45
• 3.1 声学超材料声阻抗调控模型34-37
• 3.1.1 声学超材料压电层声阻抗调控模型34-36
• 3.1.2 声学超材料阻尼层声阻抗模型36-37
• 3.2 声学超材料声阻抗控制技术研究37-39
• 3.2.1 声学超材料声阻抗控制原理37-38
• 3.2.2 声学超材料声阻抗控制算法38-39
• 3.3 声学超材料声阻抗调控结构设计39-41
• 3.3.1 声学超材料声阻抗调控各子层结构设计39-40
• 3.3.2 声学超材料声阻抗控制系统设计40-41
• 3.4 声学超材料声阻抗调控性能分析41-44
• 3.4.1 含纯聚脲声学超材料声阻抗调控性能分析41-43
• 3.4.2 含聚脲空心球声学超材料声阻抗调控性能分析43-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第4章 声学超材料声学性能实验研究45-61
• 4.1 声学超材料的制备45-47
• 4.2 声学超材料声学性能测试47-51
• 4.2.1 声学超材料声学性能测试原理47-49
• 4.2.2 声学超材料宽频带声学性能测试系统49-51
• 4.3 频带调控和声阻抗调控技术的吸声性能研究51-60
• 4.3.1 声学超材料频带调控的吸声性能研究52-56
• 4.3.2 声学超材料声阻抗调控的吸声性能研究56-60
• 4.3.3 频带与声阻抗调控技术的吸声性能对比60
• 4.4 本章小结60-61
• 结论61-62
• 参考文献62-67
• 致谢67

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本文编号：977754