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薄膜型声学超材料的低频隔声性能研究

薄膜型声学超材料的低频隔声性能研究

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作者：易建华华南理工大学

学位级别：硕士

长久以来,汽车领域里的低频噪声问题一直困扰着人们。传统的隔声材料由于受到质量定律的限制,难以在低频范围达到良好的隔声效果。此时,声学超材料的出现为低频隔声提供了新的方向。研究表明,薄膜型声学超材料在轻质低频段隔声效果更好... 详细信息

长久以来,汽车领域里的低频噪声问题一直困扰着人们。传统的隔声材料由于受到质量定律的限制,难以在低频范围达到良好的隔声效果。此时,声学超材料的出现为低频隔声提供了新的方向。研究表明,薄膜型声学超材料在轻质低频段隔声效果更好,是当前声学超材料的主要研究趋势。本文以薄膜型声学超材料作为研究对象,建立隔声计算模型,研究其在低频范围内的隔声性能,并设计单质量与多质量超材料,实现轻质低频宽带的隔声,主要的工作内容如下:第一,将当前声学超材料按照结构特点的不同分成四类,即亥姆霍兹型、薄板型、薄膜型以及其他类型。结合国内外研究文献,对这四种结构的研究现状分别加以叙述和总结,并确定最终的研究对象为薄膜型声学超材料。第二,基于多物理场分析软件Comsol,建立薄膜型声学超材料典型结构的声固耦合模型。从负有效质量、模态分析和能量分布的角度,深入研究薄膜型声学超材料的隔声机理。分析表明,超材料的隔声峰值处会出现负有效质量,结构的第一、四阶模态与隔声曲线的峰谷值所在频率有关,应变能峰值出现在隔声谷值所在频率处,且超材料隔声主要为反射能量为主。第三,以薄膜型声学超材料的典型结构为原型,选定材料设计单质量薄膜型声学超材料。基于隔声计算模型,研究超材料的结构参数对其隔声量的影响,包括弹性薄膜的厚度和面积、硬质框架的材料、质量块的等分形式以及声波入射俯仰角度等。通过3D打印制作单质量超材料样件,进行阻抗管试验,验证隔声计算模型的正确性。最后,设计一种多质量薄膜型声学超材料,计算结果表明,多质量超材料隔声量高于单质量超材料。制备多质量超材料样件进行阻抗管试验,验证多质量超材料隔声计算模型的正确性。基于隔声计算模型,分析多质量超材料在相同质量块分布和不同质量块分布下的隔声特性。之后,结合工程实际,将多质量薄膜型声学超材料与同等质量的均质EVA进行隔声测试比较,并与棉毡、EVA等声学包材料制成复合平板结构,对试验样件进行隔声测试。结果表明,超材料隔声效果好于等重量材料,与其他声学包材料复合后,隔声量仍然高于传统的隔声材料。

关键词：薄膜型声学超材料声固耦合模型多质量超材料阻抗管试验复合平板

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