复合型薄膜声学超材料结构隔声性能研究

作     者：鲁世龙 

作者单位：宁夏大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张波

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：薄膜声学超材料 十字架质量块 偏置三角块 正交肋 纤维增强体 

摘      要：噪声污染问题日益严重化,由于低频噪声波长较长,声波在传输过程中难以衰减,目前低频减振降噪已成为声学领域研究的热点。基础薄膜声学超材料结构是由张紧膜固定在支撑框架上构成,其突破了质量密度定律的束缚,在低频段有着优越的隔声性能。本论文针对薄膜结构的低频隔声特性展开研究,主要研究工作内容如下:第一,设计了中心十字架质量块薄膜结构,利用COMSOL有限元仿真软件和Matlab程序计算出结构1Hz—1000Hz的隔声量并进行振动模态分析,详细的阐述该结构隔声特性形成机理,并得出结论:薄膜声学超材料结构通过增加中心质量块成功起到了抑制薄膜振动的作用,从而达到提高结构隔声性能的目的。第二,进一步设计了偏置三角块薄膜声学超材料结构,实现隔声峰进一步向低频段移动,同时制造副峰并提高平均传声损失。通过对结构隔声机理及振动模态分析可知结构参数变化对薄膜结构隔声性能的影响如下:（1）随着薄膜尺寸的增大,隔声量波峰波谷位置逐渐向低频移动。（2）增大附加质量块的尺寸,而不改变薄膜整体尺寸大小,其隔声性能提升效果不显著。（3）提高薄膜的张力,使得结构隔声量整体向高频移动。（4）单纯增加薄膜面密度,结构隔声量的峰值和频率几乎不发生变化。第三,在上述薄膜结构的基础上,设计了含压电薄膜声学超材料结构,实现了结构隔声峰值的可调性。并进一步通过正交肋构件的连接,设计了复合型薄膜声学超材料结构,尽可能的弥补TL谷值影响,从而大大提高结构的隔声性能。第四,在所设计的薄膜声学超材料结构中分别引入碳纤维增强体材料,用含碳量10%的铁碳混合物代替Q235钢,利用结构新的等效参数,仿真和计算得到对应的隔声量,结果表明:通过增加结构的碳纤维含量,有助于提升薄膜声学超材料结构的隔声性能,为低频减振降噪从材料领域的研究打开新思路。第五,制备设计的薄膜声学超材料结构试件,利用声望阻抗管进行隔声实验测试,测得各组实验数据后,进行实验结果分析。并用实验值去验证各结构隔声量的仿真值、解析解,结果很好的验证了各薄膜声学超材料结构隔声性能研究工作内容的可行性。总之,本文通过对薄膜声学超材料结构隔声性能的研究与设计,提供了薄膜结构实现低频、宽带、高隔声量新的研究思路,有望在低频减振降噪研究领域起到一定的作用。