以電力變壓器低頻隔聲為應(yīng)用背景,提出了一種結(jié)構(gòu)簡單輕質(zhì)的局域共振聲學(xué)超材料板,它由在兩邊支撐框架上緊密粘貼高分子聚合物薄板制成,相比四邊支撐超材料板,其具有更加優(yōu)越的低頻隔聲能力。在聲波垂直入射條件下,采用有限元仿真對其隔聲特性進(jìn)行研究,結(jié)果表明在248 Hz處出現(xiàn)了一個(gè)明顯的隔聲峰,隔聲量達(dá)到了31 dB。為拓寬低頻隔聲頻帶,在超材料板上布置質(zhì)量塊,仿真結(jié)果表明在152～560 Hz范圍內(nèi)出現(xiàn)了三個(gè)密集的隔聲峰,最高隔聲量達(dá)26 dB,從而一定程度上實(shí)現(xiàn)寬頻隔聲效果;同時(shí)在120 Hz處出現(xiàn)了一個(gè)隔聲量為18 dB的隔聲峰。最后搭建了基于小型箱體的隔聲實(shí)驗(yàn)平臺,可以發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果與仿真結(jié)果具有較好的一致性,從而驗(yàn)證了輕質(zhì)聲學(xué)超材料板良好的低頻寬帶隔聲性能,說明了兩邊支撐聲學(xué)超材料板具有廣闊的工程化應(yīng)用前景。 

【文章來源】：振動(dòng)與沖擊. 2020年09期 北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【圖文】：

圖1 兩邊支撐的聲學(xué)超材料板結(jié)構(gòu)示意圖

式中: W in = | Ρ i | 2 2ρ 0 c 0 為入射聲能; W out = | Ρ t | 2 2ρ 0 c 0 為透射聲能。定義入射聲壓為1 Pa,掃描頻段為200～1 000 Hz,步長為8 Hz,并且考慮PET薄板的阻尼系數(shù)為0.1。為了對比研究,本文對四邊支撐單元胞也進(jìn)行建模仿真,將四邊支撐單元胞的支撐框架高度Hf設(shè)置為3.28 mm,保持其它尺寸參數(shù)和材料參數(shù)不變,以確保相同面密度(2.505 kg/m2)。

有限元仿真結(jié)果如圖3(a)所示,同時(shí)采用質(zhì)量隔聲定理計(jì)算了同等面密度條件下的薄板隔聲量。相比四邊支撐超材料板,兩邊支撐超材料板在低于304 Hz低頻范圍內(nèi)的隔聲量明顯更高,并且更是高于質(zhì)量定律所計(jì)算的均質(zhì)板隔聲量。其中在248 Hz處出現(xiàn)了一個(gè)明顯的隔聲峰,其隔聲量達(dá)到了31 dB,在496 Hz處出現(xiàn)了一個(gè)隔聲谷,分別標(biāo)記為A和B。進(jìn)一步的,計(jì)算其等效質(zhì)量密度 [18] ρ - =[Δ p - ]/ u tt ˉ ,其中 [Δ p - ] 表示單元胞兩側(cè)的聲壓差積分, u tt ˉ 表示對單元胞振動(dòng)加速度進(jìn)行體積分。如圖3(b)所示,在A點(diǎn)隔聲峰處,等效質(zhì)量密度達(dá)到最大值,并由正值突變負(fù)值。在B點(diǎn)隔聲谷處為零,這種負(fù)等效參數(shù)特性正是聲學(xué)超材料所具有的屬性。在本文的研究中,由于所采用的薄板厚度很薄(僅為0.3 mm),在入射聲波激勵(lì)作用下不會有體積變化,具體表現(xiàn)為薄板體積的膨脹與壓縮,因而等效體積模量近似為一常數(shù)。在A點(diǎn)隔聲峰處,等效質(zhì)量密度 ρ - 達(dá)到最大值,等效阻抗 Ζ - = ρ - κ - 將會變的很大,這意味著在該頻率處超材料板與背景聲壓阻抗匹配嚴(yán)重失衡,從而導(dǎo)致入射聲波的大量反射。相反在B點(diǎn)隔聲谷處, ρ - 接近于零,進(jìn)而等效阻抗 Ζ - 很小,所以超材料板與背景聲壓阻抗匹配的很好,導(dǎo)致聲波很好的耦合透射。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]電力變壓器噪聲研究與控制[J]. 譚聞,張小武.  高壓電器. 2009(02)



本文編號：2948630