基于Helmholtz腔和薄膜耦合的声学超材料及其低频隔声性能研究

发布时间：2024-03-19 18:55

　　低频噪声因其波长较长,不易衰减的特点,一直是噪声控制领域的难点之一,对其进行有效控制也是声学领域的研究热点之一。声学超材料是一种人工合成的周期性亚波长范畴的复合材料或结构,在低频范围存在负等效特性且可以用小尺寸控制大波长,因此在低频减振降噪方面,声学超材料具有广阔的应用前景。本文设计和制备了一种基于Helmholtz腔和薄膜耦合的声学超材料结构,并通过理论计算、数值模拟和实验验证等对其声学性能进行了系统分析研究。主要研究内容如下:1、设计了一种基于Helmholtz腔和薄膜耦合的声学超材料结构,此超材料由一顶端开小孔的圆柱形空腔和薄膜组合而成,建立了该声学超材料的几何模型,运用有限单元软件模拟分析了此声学超材料的振动特性和隔声性能,并对比分析了本课题所设计的一种带薄膜的Helmholtz腔声学超材料和无薄膜的Helmholtz腔声学超材料在低频范围内的隔声性能与声压场的分布。2、研究了声学超材料的结构几何参数对隔声性能的影响,优化了结构的几何参数。运用单因素法系统研究了声学超材料透射系数曲线在低频范围的频率值及频率宽度等方面的变化规律:一方面是透射系数曲线最低值所对应的频率值变化规律;...

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 声学超材料的发展
        1.2.1 声子晶体
        1.2.2 声学超材料
    1.3 声学超材料的研究现状
        1.3.1 薄膜型声学超材料
        1.3.2 Helmholtz型声学超材料
        1.3.3 双负等效特性的声学超材料
        1.3.4 声学超材料的应用研究
    1.4 研究的主要内容及结构安排
第二章 结构的声学特性计算理论
    2.1 声波动方程
    2.2 平面声波的透射和隔声计算
    2.3 Helmholtz型共振器的透射系数及隔声量
    2.4 薄膜结构的振动分析
    2.5 本章小结
第三章 基于Helmholtz和薄膜结构耦合的声学超材料设计
    3.1 无薄膜的Helmholtz腔声学超材料
        3.1.1 声学超材料模型建立
        3.1.2 声学超材料结构的透射系数曲线计算
        3.1.3 无薄膜结构的Helmholtz腔声学超材料的等效模量
    3.2 带薄膜结构的Helmholtz腔声学超材料
        3.2.1 声学超材料模型的建立
        3.2.2 声学超材料结构仿真模拟计算
    3.3 两种声学超材料结构的声压场分析
    3.4 本章小结
第四章 声学超材料的结构几何参数对隔声性能的影响
    4.1 无薄膜的Helmholtz腔声学超材料
        4.1.1 空腔高度H对透射系数曲线的影响
        4.1.2 小孔半径r对透射系数曲线的影响
        4.1.3 孔径长度l对透射系数曲线的影响
    4.2 带薄膜的Helmholtz腔声学超材料
        4.2.1 薄膜厚度d对透射系数曲线的影响
        4.2.2 薄膜上下高度H1，H2对透射系数曲线的影响
    4.3 本章小结
第五章 声学超材料结构的隔声性能实验
    5.1 声学超材料样品制备
        5.1.1 两种Helmholtz腔型声学超材料样品的制备
        5.1.2 薄膜施加预应力装置的制备
        5.1.3 薄膜上粘贴质量块的样品制备
    5.2 实验平台建立
        5.2.1 实验测量仪器介绍
        5.2.2 阻抗管测量隔声原理
        5.2.3 实验步骤及注意事项
    5.3 实验结果分析
        5.3.1 实验测量结果与仿真模拟结果对比分析
        5.3.2 结构参数改变对传声损失的影响
        5.3.3 预应力施加在不同厚度的薄膜时对传声损失的影响
        5.3.4 薄膜上粘贴不同质量的铅块时对传声损失的影响
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 本文总结
    6.2 研究展望
参考文献
致谢
在学期间发表的学术论文及其他科研成果



本文编号：3932486