薄膜型声学超材料隔声性能的研究

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1、硕士学位论文薄膜型声学超材料隔声性能的研究THESTUDYOFSOUNDINSULATIONPERFORMANCEOFMEMBRANEACOUSTICMETAMATERIAL曹瑞哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：V414.4学校代码：10213国际图书分类号：533密级：公开工学硕士学位论文薄膜型声学超材料隔声性能的研究硕士研究生：曹瑞导师：林国昌申请学位：工学硕士学科：工程力学所在单位：复合材料与结构研究所答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V414.4U.D.C:533DissertationfortheMasterDe

2、greeinEngineeringTHESTUDYOFSOUNDINSULATIONPERFORMANCEOFMEMBRANEACOUSTICMETAMATERIALCandidate：CaoRuiSupervisor：LinGuochangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：EngineeringMechanicsAffiliation：CenterforCompositeMaterialsDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：Harbin

3、InstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着科技的不断发展，人们的生活水平的不断提高，无论是航空航天和发动机中所用到的隔音材料，还是与人们生活息息相关的建筑材料等等，对隔音材料的要求都越来越高，不但要求其隔音效果要好，还要求其质量要轻，并且对低频隔声也越来越重视。由于质量作用定律的限制，在低频时一些传统的隔音技术已经开始不能满足人们的要求，而声学超材料的出现正好能够符合人们对低频隔声的要求。研究人员对低频隔声的超材料开展了大量研究，并取得了一些成就。本文研究了由刚性框架、柔性薄膜、附加质量块构成的薄膜型声学超材料的隔声性能，主要从超材料带隙的理论

4、计算、隔声量的有限元仿真和实验验证三方面进行了研究。首先从经典的声子晶体的带隙特性方面入手，对薄膜型声学超材料按照二维薄板类声子晶体，使用有限元理论和周期系统相结合方法，并利用Matlab编程计算得到了超材料的能带结构图，分析了其带隙频率范围。由于在带隙频率范围内，弹性波的传播会受到严重的抑制，在声学理论中可以变现为高反射、低透射现象，所以本文中还采用有限元仿真的方法对多胞元超材料的隔声量进行了计算，两种方法分析得到的带隙频率范围非常接近。本文还详细介绍了薄膜型声学超材料隔声量计算的有限元仿真方法。通过隔声量曲线能够更直观和方便的分析带隙频率范围和隔声量大小，所以这里采用隔声量的有

5、限元仿真法来讨论不同材料对薄膜型声学超材料隔声性能的影响。采用驻波管法对薄膜型声学超材料单胞进行隔声量测量，采用此方法简单方便，而且驻波管中的声波传播是以平面波的形式进行传播的，更符合理论情况。通过对超材料隔声量的测量，表明实验测量结果与仿真结果吻合的很好，验证了有限元仿真的正确性。本文研究的薄膜型声学超材料，在减振和隔声方面有很大的潜在应用价值。关键词：声学超材料；隔声性能；带隙；有限元分析；隔声量测量I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththedevelopmentoftechnologyandhuman’sstandardofliving,deadening

6、materialsusedintheindustriesofaerospaceandconstructionarehighlightedintheirsoundinsulationandweight.Specially,insulationoflowfrequencysoundisbecomingincreasinglyimportantDuetotherestrictionofmass-controlledlaw,thetraditionalsoundinsulationtechnologycannotmeetthehuman’sneedforlowfrequencysound.

7、Withthearisingofacousticmetamaterials,thesituationischanging.Inthisprocess,manyinvestigationswerefocusedonthesematerialsandsomeprogresshasbeenmade.Inthisthesis,anacousticmetamaterialwasdeveloped,consistingofrigidframes,aflexiblefilmanda