【摘 要】
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随着现代科技的发展,由此产生的噪声已严重影响人们的生活质量和身心健康,特别是穿透性强、传播距离远的低频噪声。受声学质量定律的限制,传统吸声材料难以衰减低频噪声。最新提出的薄膜型局域共振声子晶体成功地打破了声波的质量定律,在1KHz以下成功阻挡了声波的传播,展现出了显著的隔声降噪效果,其质轻且薄,受到了广大研究者的关注,但始终存在隔声频率宽度窄的问题,如果有效扩宽隔声频带,使该种隔声材料更好的应用于对尺寸和重量有严格要求的航空、航天等领域成为了现今亟待解决的问题。本文从薄膜振动理论出发,建立了薄膜型局域共振
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随着现代科技的发展,由此产生的噪声已严重影响人们的生活质量和身心健康,特别是穿透性强、传播距离远的低频噪声。受声学质量定律的限制,传统吸声材料难以衰减低频噪声。最新提出的薄膜型局域共振声子晶体成功地打破了声波的质量定律,在1KHz以下成功阻挡了声波的传播,展现出了显著的隔声降噪效果,其质轻且薄,受到了广大研究者的关注,但始终存在隔声频率宽度窄的问题,如果有效扩宽隔声频带,使该种隔声材料更好的应用于对尺寸和重量有严格要求的航空、航天等领域成为了现今亟待解决的问题。本文从薄膜振动理论出发,建立了薄膜型局域共振型声子晶体的理论模型,分析了影响该结构声子晶体频宽的有效因素,并提出了扩宽其隔声频带的有效方法,主要研究内容及结果如下:
首先从单胞单层薄膜型声子晶体结构入手,分析了薄膜-质量块系统的固有特性,在此基础上,考虑声波和薄膜-质量块系统的相互作用分析了单层薄膜型局域共振系统的低频隔声特性,讨论了影响系统隔声特性的关键因素。结果表明:构成薄膜型局域共振声子晶体的弹性薄膜、质量块的材料参数和几何参数都对系统的隔声特性有显著影响。
其次在单胞单层薄膜局域共振声子晶体的模型基础上,研究双层薄膜间填充空气的双层薄膜型局域共振结构。由于空气层的加入,建立了考虑声波和双层薄膜的相互耦合作用以及两层薄膜与空气层相互耦合作用的薄膜系统振动方程,并根据上一章影响隔声特性的关键因素分析了双层对称结构薄膜型局域共振声子晶体的隔声特性变化规律,讨论了双层薄膜对称结构与非対称结构对该类型局域共振声子晶体隔声特性的影响。结果表明,与单层薄膜结构相比,双层薄膜共振结构呈现出多透射损耗峰特性,表明其能够在低频多个频率处有效衰减声波,且非对称结构相比于对称结构其在1KHz以下呈现出更多峰更轻质特性,表现出低频宽频性质,为该类型声子晶体的设计提供理论依据。
在实际工程应用中,通常将单胞结构阵列排列形成面板,为此可以将非对称双层局域共振声子晶体单胞进行1x2,2x1阵列排列,将单胞与单胞间的耦合相互作用考虑进来,研究了该类型结构面板整体的隔声特性。研究结果表明:阵列结构能够实现低频多频、宽频隔声性质,且通过选择合适的薄膜尺寸、增加薄膜张力、缩小质量半径等方法实现结构的宽频隔声特性。
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