【摘要】：低頻噪聲具有很強(qiáng)的穿透能力,一直是環(huán)境污染的重要組成部分。受質(zhì)量密度定律所限制,傳統(tǒng)輕質(zhì)隔聲材料很難有效隔離低頻噪聲,因而,輕質(zhì)材料的低頻隔聲問題一直是隔聲領(lǐng)域的瓶頸。近年來(lái),聲學(xué)超材料概念的提出為低頻隔聲材料的設(shè)計(jì)提供了新的思路,而薄膜型聲學(xué)超材料在實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)低頻隔聲方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。目前已有的研究表明:薄膜型聲學(xué)超材料能夠顯著提高低頻段的隔聲性能,采用多層疊加可以實(shí)現(xiàn)寬頻段的隔聲。然而,薄膜型聲學(xué)超材料聲學(xué)性能準(zhǔn)確預(yù)報(bào)、隔聲機(jī)理、調(diào)控規(guī)律、以及輕質(zhì)寬帶設(shè)計(jì)等方面還存在大量的基礎(chǔ)問題有待解決。本文緊緊圍繞薄膜型聲學(xué)超材料在隔聲應(yīng)用方面面臨的關(guān)鍵理論和技術(shù)問題展開研究,研究的主要內(nèi)容包括:(1)薄膜型聲學(xué)超材料的聲振特性計(jì)算方法;(2)薄膜型聲學(xué)超材料的隔聲機(jī)理與調(diào)控規(guī)律;(3)薄膜型聲學(xué)超材料寬頻段噪聲隔離技術(shù)。論文研究取得的主要?jiǎng)?chuàng)新成果包括:1、提出了薄膜型聲學(xué)超材料聲振特性解析計(jì)算方法,為研究薄膜型聲學(xué)超材料隔聲性能提供了有力工具。該方法能夠?qū)M成薄膜型聲學(xué)超材料的基本單元進(jìn)行全面分析,在薄膜型聲學(xué)超材料性能預(yù)測(cè)、調(diào)控規(guī)律研究方面具有方便、快捷、有效等優(yōu)點(diǎn)。2、深入分析了各參數(shù)對(duì)薄膜型聲學(xué)超材料隔聲性能的調(diào)控規(guī)律,深入揭示了薄膜型聲學(xué)超材料的隔聲機(jī)理,為薄膜型聲學(xué)超材料實(shí)現(xiàn)寬頻段噪聲隔離提供了支持。(1)發(fā)現(xiàn)相鄰單元含有不同質(zhì)量的振子時(shí),可以改善低頻隔聲性能,這為薄膜型聲學(xué)超材料的低頻隔聲和多頻段噪聲隔離提供了一條新的思路。(2)發(fā)現(xiàn)雙層薄膜型聲學(xué)超材料在特定頻率處,膜結(jié)構(gòu)與中間空氣層組成“質(zhì)量-彈簧”系統(tǒng),在入射聲波激勵(lì)下發(fā)生共振,透射能量增大,隔聲性能降低,解釋了出現(xiàn)隔聲低谷的根本原因。(3)分析了樣品較大時(shí),框架振動(dòng)對(duì)薄膜型聲學(xué)超材料隔聲性能的影響規(guī)律,研究表明:附加質(zhì)量局域振動(dòng)形成的隔聲峰不受支撐框架振動(dòng)的影響,其隔聲峰頻率位置可以通過單個(gè)元胞的隔聲峰的頻率位置來(lái)預(yù)測(cè);通過格柵框架的合理設(shè)計(jì),利用框架振動(dòng),能夠在更低頻處產(chǎn)生另外一個(gè)隔聲峰,從而拓寬整個(gè)薄膜型聲學(xué)超材料的隔聲帶寬,實(shí)現(xiàn)多頻段噪聲的有效隔離。(4)研究發(fā)現(xiàn):相比圓形重物,環(huán)形重物結(jié)構(gòu)能夠在不降低隔聲帶寬的情況下,實(shí)現(xiàn)更低頻的隔聲;采用環(huán)形和圓形組合重物結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)多頻段噪聲的隔離。3、初步開展了薄膜型聲學(xué)超材料低頻隔聲應(yīng)用探索,設(shè)計(jì)并制作了0.8m×0.8m的實(shí)驗(yàn)樣件,并完成了構(gòu)建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái),完成了實(shí)驗(yàn)測(cè)試,為薄膜型聲學(xué)超材料的工程應(yīng)用提供了一定經(jīng)驗(yàn)。總之,本文主要針對(duì)薄膜型聲學(xué)超材料低頻輕質(zhì)隔聲需要解決的關(guān)鍵理論與技術(shù)問題展開系統(tǒng)深入研究:進(jìn)一步完善了薄膜型聲學(xué)超材料聲振特性計(jì)算方法,深入揭示了薄膜型聲學(xué)超材料的隔聲特性調(diào)控規(guī)律與形成機(jī)理,并提出了實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)向低頻、寬帶、輕質(zhì)應(yīng)用的若干方法,并初步完成了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。這些研究成果有望為薄膜型聲學(xué)超材料的隔聲應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TB383.2;TB535

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本文編號(hào)：2500397