聲學超材料是一種具有天然媒質(zhì)所不具備的超常聲波傳播特性的人工復合結構或復合媒質(zhì),對低頻聲波有較好的調(diào)控效果。本文在大量調(diào)研已有聲學超材料的基礎上,以低頻和寬帶吸聲為目標,設計了一種由膜腔共振器（由薄膜、格柵及背腔組成）與外部環(huán)繞的多孔材料組成的新式聲學超材料,并通過對膜腔共振器單元的調(diào)控與組合優(yōu)化其聲學性能。模型建立部分基于有限元方法建立了聲學超材料在壓力聲學、熱粘性聲學及固體力學域之間的多物理的耦合模型,并引入聲學參數(shù)（吸聲系數(shù)、反射系數(shù)、透射系數(shù)）的概念用于衡量聲學系統(tǒng)的性能。通過薄膜振動形態(tài)及聲速分布將能量耗散可視化,對入射聲波在聲學超材料中各組件中的耗散進行研究,得到聲學超材料中能量的傳遞轉化規(guī)律�；诘刃Ы橘|(zhì)原理提取聲學超材料的等效質(zhì)量密度及等效體積模量,計算聲學超材料在入射平面的聲阻抗,并在復頻率平面圖中繪制出反射系數(shù)的零點與極點,證實聲學超材料在低頻波段的完美吸收效果。在已建立的有限元模型及能量分析方法的基礎上,對聲學超材料單元各組件進行參數(shù)化研究。分別研究了薄膜膜厚、格柵尺寸及背腔結構（分層式、平行隔板式、螺旋式）對聲學超材料聲學性能的影響。以低頻吸聲為目標,對比分析了... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：66 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

亥姆霍茲共振器[7]

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文-4-展�？臻g盤繞的概念由Li等人[10]首先提出。這種結構由如圖1-2所示的彎曲通道組成，改變單元尺寸或通道幾何參數(shù)就可以在較小的尺寸內(nèi)改變延遲聲波的傳播相位。由于其優(yōu)越的調(diào)控性能，這種空間盤繞超材料最初被用于模擬具有任意大折射率和相當高的透射效率的聲梯度折射率透鏡。圖1-2空間盤繞聲學超材料原理[10]空間盤繞的概念使得龐大的聲學系統(tǒng)可以被壓縮到亞波長尺寸，從而減小系統(tǒng)的整體厚度。這種思想與不改變亥姆霍茲共振腔整體尺寸而提高其低頻聲學性能的需求不謀而合，促進了空間盤繞超材料在吸聲領域的應用。Cai等人[11]通過將細長的等徑法布里佩羅共振腔盤繞成圓盤型，實現(xiàn)了對400Hz附近的低頻聲波完美吸收的效果。Li等人[12]則將等徑盤繞的背腔與穿孔蓋板結合，使得總厚度僅有13mm的聲學系統(tǒng)實現(xiàn)了在125Hz的低頻完美吸收，其厚度僅為共振頻率處聲波波長的1/223。與之類似，Wang等人[13]也通過盤繞背腔與穿孔板的結合實現(xiàn)了低頻吸聲，并證明了較大的空間卷曲通道折疊數(shù)可以在不犧牲吸收峰總厚度的前提下顯著降低吸收峰頻率，如圖1-3所示。雖然空間盤繞結構使得共振腔式聲學超材料突破了四分之一波長的限制，得以實現(xiàn)小尺寸調(diào)控大波長，其共振頻率單一的特點卻限制了腔式聲學超材料的進一步發(fā)展。圖1-3空間盤繞聲學超材料應用[12,13]等徑盤繞的腔式聲學超材料往往只在共振頻率點處出現(xiàn)一窄而高的吸收峰，而對非共振頻率的聲波幾乎不純在吸收作用。為了突破這種窄帶吸收的限制，學者們嘗試提出了不等截面的盤繞腔。Chen等人[14]將兩段不等徑的法布里佩羅共振腔串聯(lián)拼接，并盤繞成圓盤狀。兩段細長腔分別在各自的共振頻率達到了完美吸收，其展現(xiàn)出的整體效果如圖1-4所示。

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文-4-展�？臻g盤繞的概念由Li等人[10]首先提出。這種結構由如圖1-2所示的彎曲通道組成，改變單元尺寸或通道幾何參數(shù)就可以在較小的尺寸內(nèi)改變延遲聲波的傳播相位。由于其優(yōu)越的調(diào)控性能，這種空間盤繞超材料最初被用于模擬具有任意大折射率和相當高的透射效率的聲梯度折射率透鏡。圖1-2空間盤繞聲學超材料原理[10]空間盤繞的概念使得龐大的聲學系統(tǒng)可以被壓縮到亞波長尺寸，從而減小系統(tǒng)的整體厚度。這種思想與不改變亥姆霍茲共振腔整體尺寸而提高其低頻聲學性能的需求不謀而合，促進了空間盤繞超材料在吸聲領域的應用。Cai等人[11]通過將細長的等徑法布里佩羅共振腔盤繞成圓盤型，實現(xiàn)了對400Hz附近的低頻聲波完美吸收的效果。Li等人[12]則將等徑盤繞的背腔與穿孔蓋板結合，使得總厚度僅有13mm的聲學系統(tǒng)實現(xiàn)了在125Hz的低頻完美吸收，其厚度僅為共振頻率處聲波波長的1/223。與之類似，Wang等人[13]也通過盤繞背腔與穿孔板的結合實現(xiàn)了低頻吸聲，并證明了較大的空間卷曲通道折疊數(shù)可以在不犧牲吸收峰總厚度的前提下顯著降低吸收峰頻率，如圖1-3所示。雖然空間盤繞結構使得共振腔式聲學超材料突破了四分之一波長的限制，得以實現(xiàn)小尺寸調(diào)控大波長，其共振頻率單一的特點卻限制了腔式聲學超材料的進一步發(fā)展。圖1-3空間盤繞聲學超材料應用[12,13]等徑盤繞的腔式聲學超材料往往只在共振頻率點處出現(xiàn)一窄而高的吸收峰，而對非共振頻率的聲波幾乎不純在吸收作用。為了突破這種窄帶吸收的限制，學者們嘗試提出了不等截面的盤繞腔。Chen等人[14]將兩段不等徑的法布里佩羅共振腔串聯(lián)拼接，并盤繞成圓盤狀。兩段細長腔分別在各自的共振頻率達到了完美吸收，其展現(xiàn)出的整體效果如圖1-4所示。


本文編號：3017615