盘绕型Helmholtz腔声学超材料低频吸声特性研究

作     者：胡召平 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：崔洪宇

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：盘绕型 Helmholtz腔 多单元耦合 多孔材料 低频大宽带 

摘      要：在日常生活中,低频噪声由于其穿透力强、衰减慢的特点已经成为最重要的污染之一,甚至会危害人们的身心健康。传统吸声材料往往是通过增加材料的厚度和重量来达到低频吸声效果,但这在空间体积要求严格的领域并不特别适用。近年来,声学超材料的出现为实现低频吸声提供了新的思路,其不受质量作用定律的约束,可以在较小结构尺寸下实现低频吸声,受到了众多学者的认可。本文基于船用吸声材料结构小尺寸及低频噪声控制的要求,设计适用于舰船吸声的小尺寸超材料结构,用有限元方法分析其吸声特性,深入揭示其吸声机理,探索宽频带吸声方法,并制作模型进行相关实验验证。论文主要研究内容如下:1、基于Helmholtz腔共振吸声原理,将盘绕型和Helmholtz腔型超材料结构相结合,设计出一种盘绕型Helmholtz超材料结构,其与相同厚度尺寸的传统Helmholtz腔相比可获得更低频的吸声性能。2、通过精确设计每个单元的参数,将多个吸声峰处在不同频率处的基本单元结构进行组合,并采用折叠空间设计尽量减小结构厚度尺寸,设计出多单元耦合结构,通过模型实验和仿真验证了设计的超材料结构在90-360Hz频带内具有一个连续的宽频吸声效果。3、将多单元耦合结构内置于多孔材料当中,设计出复合空间折叠超材料结构,其在高频处和低频处的吸声性能分别由多孔材料和超材料结构决定,从而拓宽吸声带宽。本文设计的多单元耦合结构可实现低频宽带吸声性能,而与多孔材料相结合设计的复合空间折叠超材料结构可同时兼顾低频和高频噪声的吸收,实现大宽带吸声性能,在噪声控制领域具有很好的应用前景。