為了解決現(xiàn)有吸聲材料對(duì)低頻噪聲衰減弱及吸收差的現(xiàn)狀,該文提出了一種鑲嵌薄膜共振型材料結(jié)構(gòu)。其中鑲嵌到條形薄膜上的結(jié)構(gòu)單元作為拍動(dòng)體,此時(shí)結(jié)構(gòu)單元與背襯薄膜之間存在一定耦合作用,使行波在兩部分間的局域共振作用削弱或存在很少反射。通過(guò)有限元仿真分析得到吸收峰值下的模態(tài)振型,進(jìn)一步證明了材料的吸聲機(jī)理。實(shí)驗(yàn)表明,該結(jié)構(gòu)對(duì)100¹ 000Hz內(nèi)的聲波具有很好的吸收效果,單層材料結(jié)構(gòu)隨著空腔距離的增大,吸收峰提前,而峰值基本不變。兩層材料結(jié)構(gòu)的吸聲效果遠(yuǎn)大于單層材料結(jié)構(gòu),這解決了低頻噪聲問(wèn)題。 

【文章來(lái)源】：壓電與聲光. 2017,39(01)北大核心

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圖１鑲嵌條形薄膜的結(jié)構(gòu)單元

式進(jìn)行耦合機(jī)制的調(diào)節(jié)。結(jié)構(gòu)單元由金屬片與矩形薄膜組成，鑲嵌在條形薄膜上的拍動(dòng)體，厚為１ｍｍ，不同形態(tài)的金屬片分布在矩形薄膜上，其中鑲嵌條形薄膜的結(jié)構(gòu)單元如圖１所示。當(dāng)入射聲波對(duì)復(fù)合吸聲結(jié)構(gòu)產(chǎn)生激勵(lì)時(shí)，結(jié)構(gòu)單元存在大幅度的拍擊現(xiàn)象，高能量密度聚集在金屬片與矩形薄膜邊界附近。同時(shí)，結(jié)構(gòu)單元背后的硅橡膠薄膜受其拍擊作用影響，法向振幅減小，與聲波存在微弱的耦合形式。圖１鑲嵌條形薄膜的結(jié)構(gòu)單元本文采用法向入射的隨機(jī)白噪聲，在吸聲材料背后留有一定距離的空腔，聲波傳播方式如圖２所示。圖２聲波在媒質(zhì)中的傳播方式Ｐｉ＝Ｐｉａｅ－ｊｋｘ（１）Ｐ１ｒ＝Ｐ１ｒａｅ＋ｊｋｘ（２）Ｐ２ｔ＝Ｐ２ｔａｅ－ｊｋｘ（３）Ｐ２ｒ＝Ｐ２ｒａｅ＋ｊｋｘ（４）式中：Ｐｉ與Ｐ２ｔ分別為入射聲波與透射聲波；Ｐ１ｒ與Ｐ２ｒ?yàn)榉瓷渎暡�；ｋ為波矢�？紤]到各列波的時(shí)間因子都是簡(jiǎn)諧變化，故因子ｅｊωｔ可略。１．２吸聲機(jī)理現(xiàn)階段通過(guò)改變傳播介質(zhì)的熱傳導(dǎo)、粘滯性內(nèi)摩擦和弛豫作用等形式可造成聲波能量的損耗，這３種形式都是在聲波傳播過(guò)程中將聲能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量［３］。本文提出的薄膜共振型吸聲結(jié)構(gòu)是金屬片與矩形薄膜形成的結(jié)構(gòu)單元，在聲波激勵(lì)下，受條形薄膜作用，進(jìn)行垂直方向的平動(dòng)與繞質(zhì)心的拍動(dòng)，通過(guò)薄膜材料的彈性波與每個(gè)結(jié)構(gòu)單元的共振特性相互作用，可以產(chǎn)生局域共振帶隙，從而使薄膜中的行波不能進(jìn)行傳播。為了約束薄膜反共振的波動(dòng)形式，增強(qiáng)薄膜的共振特性，需要模式耦合將反射聲波通過(guò)局域共振的方式進(jìn)行一定程度上的衰減，使結(jié)構(gòu)具有更寬的共振帶隙。其

界區(qū)域不連續(xù)時(shí)，易推斷出能量密度（積分號(hào)內(nèi)）在這些區(qū)域內(nèi)的數(shù)值很大，經(jīng)過(guò)二階導(dǎo)數(shù)和面積分后，薄膜曲率彈性能量更大。２結(jié)構(gòu)單元與復(fù)合結(jié)構(gòu)的振型分析２．１結(jié)構(gòu)單元振型分析因?yàn)橹豢紤]結(jié)構(gòu)單元在白噪聲激勵(lì)下的模態(tài)振型，故將模型進(jìn)行簡(jiǎn)化。數(shù)值模擬了一個(gè)結(jié)構(gòu)單元中金屬片與矩形薄膜在ｘＯｙ平面內(nèi)的法向位移的變化，取圖３（ａ）為結(jié)構(gòu)單元的平面圖，３（ｂ）～（ｄ）分別為３００Ｈｚ后的第一～三階固有頻率處的位移場(chǎng)的變化（見(jiàn)圖４所示的吸聲特性曲線）。圖３結(jié)構(gòu)單元的位移場(chǎng)分布圖４吸聲特性曲線圖圖３（ｂ）～（ｄ）分別對(duì)應(yīng)圖４中吸收峰值附近位移場(chǎng)的變化，箭頭表示結(jié)構(gòu)單元受條形薄膜作用下的運(yùn)動(dòng)情況。由圖３（ｂ）可見(jiàn)，一階固有振型附近處的金屬片受入射聲波激勵(lì)影響較小，條形薄膜受聲波作用在法線方向上進(jìn)行大角度的平動(dòng)和小角度的轉(zhuǎn)動(dòng)，矩形薄膜邊界存在較大形變，高的能量密度分布在矩形薄膜邊界。由圖３（ｃ）、（ｄ）可見(jiàn)，二、三階固有振型的結(jié)構(gòu)單元繞質(zhì)心大幅轉(zhuǎn)動(dòng)，在６２８Ｈｚ附近，結(jié)構(gòu)單元具有很高的曲率能量密度，在金屬片與矩形薄膜之間的細(xì)小空間儲(chǔ)存著較高的能量密度。２．２復(fù)合結(jié)構(gòu)與薄膜單元的振型及位移分析硅橡膠薄膜本身存在一段帶隙的吸收峰值。在外界聲波激勵(lì)作用下，薄膜具有共振特性和反共振特性，一部分頻帶內(nèi)聲波可以完全透過(guò)聲波，另一部分可以完全反射聲波［５］。當(dāng)四周固支薄膜留有一定距離的背腔時(shí)，薄膜受到背腔后空氣彈簧的影響，有一定的反作用，此時(shí)有較明顯的吸收峰值，但平均吸聲系數(shù)小于０．３。本文介紹的鑲嵌薄膜結(jié)構(gòu)采取硬相介質(zhì)與軟相介質(zhì)相結(jié)合的方式，根據(jù)局


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