基于层状周期性结构的声波调控技术研究.pdf

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1、第53卷第6期2017年3月机械工程学报JOURNAL0FMECHANICALENGINEERINGV01．53NO．6Mat．2017DoI：10．3901／JME．2017．06．010基于层状周期性结构的声波调控技术研究水朱晓辉1李隆球1张广玉1周强1吴英丹1乔菁2(1．哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001；2．哈尔滨工业大学材料科学与工程学院哈尔滨150001)摘要：根据工程实际对声波隔离的需求提出一种特殊的一维层状周期性结构——全反射结构。建立一维层状周期性结构的理论模型和声波传播过程的全弹性有限单元模型，采

2、用传递矩阵法研究了结构的声学特性，包括频带结构和传播特性，分析了层状周期性结构对声波传播的影响。根据设计要求，建立一维层状周期性全反射结构的数学模型，根据优化目标、设计变量和约束条件，确定了基于遗传算法的结构设计方法，并给出了详细的设计方法和设计流程。以两相多层结构为例，应用所提出的方法设计了钢／铝两相五层结构，并搭建了超声试验平台，测试了钢五层结构、铝五层结构和钢／铝两相五层结构的超声波透射系数，通过对比试验法验证了钢／铝两相五层结构对9001200kHz超声波的反射能力。关键词：隔声；层状周期性结构；全反射结构；传递矩阵法

3、中图分类号：0422InvestigationofAcousticManipulationbyLayeredPeriodicCompositesZHUXiaohuilLILongqiulZHANGGuangyulZHOUQian91wuYingdanlQIAOJin92(1．SchoolofMechatronicsEngineering，HarbinInstituteofTechnology,Harbin150001；2．SchoolofMaterialsScienceandEngineering，HarbinInstitut

4、eofTechnology,Harbin150001)Abstract：Accordingtothepracticaldemandofengineeringforacousticisolation，aspecialkindofone-dimensional(1D)layeredperiodicstructure，total—reflectivestructure，isproposed．Thetheoreticalmodelof1Dlayeredperiodicstructureandthecompletelyelasticfi

5、niteelementmodelofacousticwavepropagationareestablished．Applyingtransfermatrixmethod’theacousticcharacteristicsofthestructurearestudiedanditsimpacttoacousticwavepropagationisanalyzed，includingbandstructureandtransfercharacteristic．Basedonthedesignrequirement，themath

6、ematicalmodeloftotal-reflectivestructureisestablished，includingoptimalobject，designvariablesandconstraints．Adoptinggeneticalgorithm，thecompletesystemanddetailedmethodofdesignareproposed．Usingtheproposedmethod，asteel／aluminumstructurewithfivelayersisdesigned．Andtheul

7、trasonicplatformforultrasonicwaveduring900-1200kHzissetuptotestthepropagationcharacteristicsofsteelfive—layeredstructure，aluminumfive·layeredstructureandsteel／aluminumfive—layeredstructurerespectively．Fromthecontrastingtest，thereflectioncapabilityofthedesignedstruct

8、ureandthefeasibilityoftotal—reflectivestructureareverified．Keywords：acousticisolation；layeredperiodicstructure；total．reflectivestructure；t