當(dāng)傳播的聲波經(jīng)過(guò)障礙物時(shí),會(huì)發(fā)生反射、透射和能量損耗等一系列過(guò)程而導(dǎo)致聲能降低,我們稱這個(gè)過(guò)程為隔聲。由于質(zhì)量定律的作用,傳統(tǒng)材料對(duì)于低頻噪聲的隔絕非常困難,而聲學(xué)超材料打破了質(zhì)量定律的限制,實(shí)現(xiàn)了小尺寸控制大波長(zhǎng),能夠有效控制低頻聲波。本文以薄膜聲學(xué)超材料（由薄膜和質(zhì)量塊構(gòu)成）為研究對(duì)象,對(duì)其隔聲機(jī)理進(jìn)行分析,從聲波的傳播原理、隔聲評(píng)價(jià)機(jī)制和薄膜振動(dòng)等方面進(jìn)行研究。通過(guò)仿真分析研究不同參數(shù)對(duì)薄膜聲學(xué)超材料隔聲性能的影響。對(duì)薄膜大小和預(yù)應(yīng)力進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)研究,發(fā)現(xiàn)薄膜尺寸大小對(duì)隔聲效果影響顯著,尺度效應(yīng)明顯,得到了規(guī)律性成果。對(duì)于薄膜型聲學(xué)超材料的尺度效應(yīng)進(jìn)行進(jìn)一步研究,通過(guò)減小薄膜大小實(shí)現(xiàn)低寬頻聲波的吸收。鑒于圓形薄膜不利于緊密排列,進(jìn)行了多邊形薄膜設(shè)計(jì)研究,并重點(diǎn)對(duì)六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)薄膜聲學(xué)超材料進(jìn)行了研究。提出一種新型的薄膜型聲學(xué)超表面,提高低頻寬頻的隔聲效果。對(duì)新型聲學(xué)超表面內(nèi)外徑比進(jìn)行分析,進(jìn)行仿真計(jì)算,提出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方案做出驗(yàn)證分析。仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)對(duì)比,擬合良好,驗(yàn)證結(jié)論準(zhǔn)確性,具有工程應(yīng)用意義。本文對(duì)進(jìn)一步提升薄膜型聲學(xué)超材料的隔聲帶寬方面進(jìn)行了研究,提出了一種疊層薄膜型聲學(xué)超... 

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

【文章頁(yè)數(shù)】：59 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

彈簧振子模型[4]

3Yang等人[6]利用成對(duì)的薄膜結(jié)構(gòu)制造了一種具有雙負(fù)特性的聲學(xué)超材料(如圖1-3(a)所示)，由于此超材料在結(jié)構(gòu)上具有強(qiáng)對(duì)稱性，使得結(jié)構(gòu)產(chǎn)生能夠獨(dú)立調(diào)節(jié)的偶級(jí)共振與單級(jí)共振，實(shí)現(xiàn)寬頻雙負(fù)特性。在長(zhǎng)波長(zhǎng)狀態(tài)下，整個(gè)結(jié)構(gòu)的均質(zhì)化假設(shè)成立。將試件表面的位移場(chǎng)作為輸入變量，利用有效質(zhì)量密度和有效體積模量準(zhǔn)確表征此聲學(xué)超材料，在頻率為520Hz~830Hz時(shí)此結(jié)構(gòu)的雙負(fù)特性得以實(shí)現(xiàn)。由于薄膜型聲學(xué)超材料的結(jié)構(gòu)一般為薄膜附著質(zhì)量塊的形式，眾多學(xué)者對(duì)這種模型進(jìn)行了深入分析。Tian等人[7]建立了圓形薄膜-環(huán)形質(zhì)量的局域共振型聲學(xué)超材料的理論模型(如圖1-3(b)所示)。提出一種解析方法研究結(jié)構(gòu)的隔聲量。當(dāng)環(huán)形質(zhì)量塊的內(nèi)半徑減小到零時(shí)，這個(gè)模型與方法也適用于圓形薄膜-中心質(zhì)量結(jié)構(gòu)，經(jīng)對(duì)比，理論分析結(jié)果與有限元模擬結(jié)果吻合良好。作者還分析了薄膜-環(huán)形質(zhì)量結(jié)構(gòu)的材料參數(shù)與幾何參數(shù)對(duì)隔聲效果的影響，通過(guò)調(diào)整環(huán)形質(zhì)量的位置﹑表面密度和環(huán)形質(zhì)量的數(shù)目使得此結(jié)構(gòu)出現(xiàn)多波峰隔聲曲線﹑隔聲量增大以及隔聲頻帶加寬。圖1-3（a）Yang等人設(shè)計(jì)的具有雙負(fù)特性的薄膜型聲學(xué)超材料[6]（b）Tian等人設(shè)計(jì)的圓形薄膜附件環(huán)形質(zhì)量塊的聲學(xué)超材料[7]B.聲學(xué)超表面研究現(xiàn)狀聲學(xué)超表面（AMS）是聲學(xué)超材料的一個(gè)重要的分支和新興研究方向。聲學(xué)超表面具有小尺寸調(diào)控大波長(zhǎng)、易于集成、對(duì)聲波操控能力強(qiáng)等特點(diǎn)，引起了眾多學(xué)者的研究興趣。Li等[8]實(shí)現(xiàn)了寬帶反射相位編輯，(如圖1-4所示)并且通過(guò)異常反射實(shí)現(xiàn)了在背景上保持惠更斯表面的相位保持的寬帶不可見性。這個(gè)表面使用不對(duì)稱雙亥姆霍茲共振器達(dá)到預(yù)定的色散關(guān)系目標(biāo)值。（b）

4圖1-4Li等實(shí)現(xiàn)的寬帶反射相位編輯[8]Gong等[9]提出了一種基于原始梯度亥姆霍茲共振器（HR）的聲學(xué)表面�？梢栽谡麄�(gè)相位范圍內(nèi)精確控制AMS單元的相移，并通過(guò)改變狹縫寬度來(lái)連續(xù)調(diào)節(jié)。Gong通過(guò)設(shè)計(jì)的AMS實(shí)現(xiàn)了具有不同聚焦參數(shù)的聲學(xué)聚焦的幾種典型情況。Ji等[10]提出并研究了基于凹槽結(jié)構(gòu)單元的3D聲學(xué)表面地毯斗篷（AMCC）。這種聲學(xué)不可見性背后的關(guān)鍵思想是通過(guò)局部相位調(diào)制進(jìn)行相位補(bǔ)償，因此可以為具有任意幾何形狀和尺寸的物體設(shè)計(jì)厚度僅為半波長(zhǎng)的斗篷。Liu等[11]設(shè)計(jì)了一種具有亞波長(zhǎng)厚度的水聲聲學(xué)表面，用于聲波波前處理。采用了五進(jìn)制晶格和頻率無(wú)關(guān)的廣義聲學(xué)Snell定律，克服了窄帶寬和低透射率的局限性。VKyrimi等[12]研究了在鈮酸鋰上傳播的瑞利波與由方形陣列的螺旋狀垂直振蕩器組成的超曲面的相互作用(如圖1-5所示)。圖1-5超曲面示意圖[12]Chen等[13]提議聲學(xué)超曲面的綜合范式，將波操縱擴(kuò)展到無(wú)論是遠(yuǎn)場(chǎng)還是近場(chǎng)，通過(guò)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，由一排深亞波長(zhǎng)間隔狹縫組成板。這種設(shè)計(jì)的半解析方法是用顯微鏡耦合波模型表明，每個(gè)狹縫出口處的聲衍射圖樣是耦合場(chǎng)與其

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]聲學(xué)超表面低頻噪聲控制研究[D]. 劉繼賓.中北大學(xué) 2019
[2]聲學(xué)超表面對(duì)聲波調(diào)控的研究[D]. 韓理想.廣東工業(yè)大學(xué) 2018
[3]基于聲學(xué)超材料的聲屏障與隔聲管道的研究[D]. 張海龍.南京大學(xué) 2018
[4]基于聲學(xué)超表面的復(fù)合型聲陣列研究[D]. 李曉言.南京大學(xué) 2018
[5]聲學(xué)材料隔聲量測(cè)量系統(tǒng)的研究[D]. 董明磊.上海交通大學(xué) 2008



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