薄膜声学超材料隔声特性研究和优化设计

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:thirdeyes
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声音在生活中无处不在,是人类交流和发展必不可少的媒介。但是在生活中不可避免地充斥着各种噪声需要隔绝。传统隔声材料例如钢板、砖墙等一类材料等对大部分的噪声具有良好的阻隔效果,但低频噪声阻隔方面鲜有成就。本文立足于声学超材料,通过仿真软件研究框架、薄膜和附加质量块构成的薄膜型声学超材料低频隔声方面的性能,并提出相应的实验方案,做出相关的验证分析。首先研究了薄膜预应力的大小、薄膜的厚度、附加质量块的面密度、附加质量块的尺寸等材料参数对结构隔声性能的影响。结果发现,增加薄膜预应力或者增大薄膜厚度,峰值和谷值对应的频率增高,峰值隔声量的幅值变大,有效隔声范围增加;附加质量面密度的増加将提高峰值和第一个谷值对应的频率分布,第二个隔声谷频率几乎不变化,峰值隔声量的幅值变大,有效隔声范围增加。附加质量尺寸的増加将提高峰值对应的频率分布,两个谷值频率变化不明显,峰值隔声量的幅值变小,有效隔声范围没有明显变化。以上四个参数中附加质量尺寸的变化对整个结构的隔声性能影响较小。接着对结构进行了优化设计,包括:对两种不同性能的薄膜进行拼接组合,可以达到介于两膜之间的隔声效果;相同胞元的两模型组合形成质量块有无约束两种双层试件;不同胞元的两模型组合形成质量块有无约束两种双层试件。研究结果表明双层试件均不同程度改良了隔声效果。最后提出一种附加磁性质量块的双层薄膜结构,通过形状记忆框架改变两层薄膜之间的距离,磁力改变薄膜应力和质量块约束情况,达到对隔声频段进行智能调节的目的。通过实验验证了方法可行性,在隔声频段可调节应用方面具有较大潜力。
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