當傳播的聲波經(jīng)過障礙物時,會發(fā)生反射、透射和能量損耗等一系列過程而導致聲能降低,我們稱這個過程為隔聲。由于質(zhì)量定律的作用,傳統(tǒng)材料對于低頻噪聲的隔絕非常困難,而聲學超材料打破了質(zhì)量定律的限制,實現(xiàn)了小尺寸控制大波長,能夠有效控制低頻聲波。本文以薄膜聲學超材料（由薄膜和質(zhì)量塊構成）為研究對象,對其隔聲機理進行分析,從聲波的傳播原理、隔聲評價機制和薄膜振動等方面進行研究。通過仿真分析研究不同參數(shù)對薄膜聲學超材料隔聲性能的影響。對薄膜大小和預應力進行仿真實驗研究,發(fā)現(xiàn)薄膜尺寸大小對隔聲效果影響顯著,尺度效應明顯,得到了規(guī)律性成果。對于薄膜型聲學超材料的尺度效應進行進一步研究,通過減小薄膜大小實現(xiàn)低寬頻聲波的吸收。鑒于圓形薄膜不利于緊密排列,進行了多邊形薄膜設計研究,并重點對六邊形蜂窩結(jié)構薄膜聲學超材料進行了研究。提出一種新型的薄膜型聲學超表面,提高低頻寬頻的隔聲效果。對新型聲學超表面內(nèi)外徑比進行分析,進行仿真計算,提出相應的實驗方案做出驗證分析。仿真結(jié)果與實驗對比,擬合良好,驗證結(jié)論準確性,具有工程應用意義。本文對進一步提升薄膜型聲學超材料的隔聲帶寬方面進行了研究,提出了一種疊層薄膜型聲學超... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：59 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

彈簧振子模型[4]

3Yang等人[6]利用成對的薄膜結(jié)構制造了一種具有雙負特性的聲學超材料(如圖1-3(a)所示)，由于此超材料在結(jié)構上具有強對稱性，使得結(jié)構產(chǎn)生能夠獨立調(diào)節(jié)的偶級共振與單級共振，實現(xiàn)寬頻雙負特性。在長波長狀態(tài)下，整個結(jié)構的均質(zhì)化假設成立。將試件表面的位移場作為輸入變量，利用有效質(zhì)量密度和有效體積模量準確表征此聲學超材料，在頻率為520Hz~830Hz時此結(jié)構的雙負特性得以實現(xiàn)。由于薄膜型聲學超材料的結(jié)構一般為薄膜附著質(zhì)量塊的形式，眾多學者對這種模型進行了深入分析。Tian等人[7]建立了圓形薄膜-環(huán)形質(zhì)量的局域共振型聲學超材料的理論模型(如圖1-3(b)所示)。提出一種解析方法研究結(jié)構的隔聲量。當環(huán)形質(zhì)量塊的內(nèi)半徑減小到零時，這個模型與方法也適用于圓形薄膜-中心質(zhì)量結(jié)構，經(jīng)對比，理論分析結(jié)果與有限元模擬結(jié)果吻合良好。作者還分析了薄膜-環(huán)形質(zhì)量結(jié)構的材料參數(shù)與幾何參數(shù)對隔聲效果的影響，通過調(diào)整環(huán)形質(zhì)量的位置﹑表面密度和環(huán)形質(zhì)量的數(shù)目使得此結(jié)構出現(xiàn)多波峰隔聲曲線﹑隔聲量增大以及隔聲頻帶加寬。圖1-3（a）Yang等人設計的具有雙負特性的薄膜型聲學超材料[6]（b）Tian等人設計的圓形薄膜附件環(huán)形質(zhì)量塊的聲學超材料[7]B.聲學超表面研究現(xiàn)狀聲學超表面（AMS）是聲學超材料的一個重要的分支和新興研究方向。聲學超表面具有小尺寸調(diào)控大波長、易于集成、對聲波操控能力強等特點，引起了眾多學者的研究興趣。Li等[8]實現(xiàn)了寬帶反射相位編輯，(如圖1-4所示)并且通過異常反射實現(xiàn)了在背景上保持惠更斯表面的相位保持的寬帶不可見性。這個表面使用不對稱雙亥姆霍茲共振器達到預定的色散關系目標值。（b）

4圖1-4Li等實現(xiàn)的寬帶反射相位編輯[8]Gong等[9]提出了一種基于原始梯度亥姆霍茲共振器（HR）的聲學表面�？梢栽谡麄�相位范圍內(nèi)精確控制AMS單元的相移，并通過改變狹縫寬度來連續(xù)調(diào)節(jié)。Gong通過設計的AMS實現(xiàn)了具有不同聚焦參數(shù)的聲學聚焦的幾種典型情況。Ji等[10]提出并研究了基于凹槽結(jié)構單元的3D聲學表面地毯斗篷（AMCC）。這種聲學不可見性背后的關鍵思想是通過局部相位調(diào)制進行相位補償，因此可以為具有任意幾何形狀和尺寸的物體設計厚度僅為半波長的斗篷。Liu等[11]設計了一種具有亞波長厚度的水聲聲學表面，用于聲波波前處理。采用了五進制晶格和頻率無關的廣義聲學Snell定律，克服了窄帶寬和低透射率的局限性。VKyrimi等[12]研究了在鈮酸鋰上傳播的瑞利波與由方形陣列的螺旋狀垂直振蕩器組成的超曲面的相互作用(如圖1-5所示)。圖1-5超曲面示意圖[12]Chen等[13]提議聲學超曲面的綜合范式，將波操縱擴展到無論是遠場還是近場，通過簡單的結(jié)構，由一排深亞波長間隔狹縫組成板。這種設計的半解析方法是用顯微鏡耦合波模型表明，每個狹縫出口處的聲衍射圖樣是耦合場與其

【參考文獻】：
期刊論文
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[3]Manipulation of acoustic wavefront by transmissive metasurface based on pentamode metamaterials[J]. 劉穎,李義豐,劉曉宙.  Chinese Physics B. 2019(02)
[4]聲學超表面研究及應用進展[J]. 許衛(wèi)鍇,張蒙,王偉.  功能材料. 2017(11)
[5]聲學超構表面[J]. 李勇.  物理. 2017(11)
[6]環(huán)形局域共振彈性膜結(jié)構低頻隔聲特性分析[J]. 張佳龍,姚宏,杜軍,孫悅,孫嫣然,譚婧,張秀瑜.  硅酸鹽通報. 2017(01)
[7]薄膜低頻隔聲性能的張力依賴性[J]. 張煒權,吳九匯,馬富銀,陳喆.  振動工程學報. 2016(04)

碩士論文
[1]聲學超表面低頻噪聲控制研究[D]. 劉繼賓.中北大學 2019
[2]聲學超表面對聲波調(diào)控的研究[D]. 韓理想.廣東工業(yè)大學 2018
[3]基于聲學超材料的聲屏障與隔聲管道的研究[D]. 張海龍.南京大學 2018
[4]基于聲學超表面的復合型聲陣列研究[D]. 李曉言.南京大學 2018
[5]聲學材料隔聲量測量系統(tǒng)的研究[D]. 董明磊.上海交通大學 2008



本文編號：3146382