分析材料参数对二维固/固声子晶体能带结构的影响

应用平面波展开法(PWE)分析了材料参数对二维固/固声子晶体能带结构的影响,发现散射体的剪切模量和密度是影响声子晶体能带结构的主要因素,杨氏模量对声子晶体能带结构的影响极小.当散射体的剪切模量小于基体时,声子晶体出现了多条带隙;反之声子晶体的带隙在填充率较大时出现,且与基体的剪切模量差值越大,声子晶体的带隙越宽.当散射体的密度小于基体时,只有在填充率较大时出现带隙且极窄;反之,声子晶体出现了多条带隙.继而采用钨、铍、碳、硅四种材料设计二维声子晶体,计算结果与上述推论颇为吻合,这为设计声子晶体在选材方面提供了理论依据.     

二维固-固Suzuki晶格声子晶体薄板弯曲振动特性的研究

利用有限元法计算了二维Suzuki晶格声子晶体薄板弯曲振动的带隙结构及传输特性,讨论了填充率、板厚对Suzuki晶格声子晶体板带隙的影响.计算结果表明:Suzuki晶格声子晶体薄板存在振动带隙,即在散射体密度较大时,5000Hz以下存在一个完全带隙、多个方向带隙;Suzuki晶格声子晶体板带隙宽度随着板厚的增大而加宽,随着填充率的增大带隙宽度先增大后减小.     

声子晶体滤波特性研究

声子晶体的滤波特性引起了科技工作者的广泛关注.在二维三组元局域共振声子晶体中,通过引入两种不同填充率的共振单元分别位于规则的六角形的角顶和中心构成的缺陷态波导结构,以此为基础构建声子晶体相应的实验模型,然后基于Comsol仿真平台,模拟特定频率的声波激励声子晶体过程,计算声子晶体幅频响应函数。仿真结果表明,声子晶体可以方便设计出新型的高效、声滤波器。     

填充率对一维二元声子晶体杆带隙的影响

对一维二元(金属-金属型、金属-非金属型、非金属-非金属型)3类声子晶体杆,选择相同的晶格常数0.06m,不同的材料和填充率对其带隙进行计算。结果显示:金属-金属型结构的禁带频率较高,带宽较窄;金属-非金属型结构的带隙频率虽高,但比金属-金属型结构的低,且禁带宽度很大,适宜应用于高频振动控制;非金属-非金属型结构的带隙频率非常低,适宜应用于低频振动控制;当只改变散射体的填充率时,对于一维二元金属-金属型声子晶体与金属-非金属型声子晶体,都会出现第1带隙带宽最大而第2带隙带宽最小的情况。总之,填充率变化对3类不同材料组合类型声子晶体的带隙调控作用明显。     

填充率对一维二元声子晶体杆带隙的影响

对一维二元(金属-金属型、金属-非金属型、非金属-非金属型)3类声子晶体杆,选择相同的晶格常数0.06m,不同的材料和填充率对其带隙进行计算。结果显示:金属-金属型结构的禁带频率较高,带宽较窄;金属-非金属型结构的带隙频率虽高,但比金属-金属型结构的低,且禁带宽度很大,适宜应用于高频振动控制;非金属-非金属型结构的带隙频率非常低,适宜应用于低频振动控制;当只改变散射体的填充率时,对于一维二元金属-金属型声子晶体与金属-非金属型声子晶体,都会出现第1带隙带宽最大而第2带隙带宽最小的情况。总之,填充率变化对3类不同材料组合类型声子晶体的带隙调控作用明显。
     

声子晶体结构在换能器匹配层中的应用

将声子晶体结构用于换能器匹配层中,利用声子晶体的能带特性改善换能器的匹配性能。研究了厚度振动超声换能器中声子晶体型匹配层的参数变化对换能器频带宽度、发射电压响应和辐射特性的影响,建立了声子晶体型匹配层厚度振动换能器等效电路模型,并利用传输矩阵计算了匹配层的声能量透射系数。研究结果表明:合理选择声子晶体型匹配层的材料和厚度,可以使换能器的频带宽度扩大一倍;并且将换能器的共振频率处于声子晶体结构的通带范围内,可以使声能量透射系数接近于1。     

二维声子晶体带隙影响因素研究

通过平面波展开法研究二维声子晶体能带结构的特性,并比较了六角与四方排列声子晶体中,不同填充比对禁带宽度的影响.通过数值计算,找到了W-Si体系声子晶体中可以获得最宽禁带的填充比与排列方式.     

二维粗锐结构声子晶体带结构的计算

提出二维粗锐结构声子晶体模型,采用平面波展开法数值计算了不同体积填充率下二维正方粗锐和圆粗锐结构声子晶体的带结构.计算结果表明,利用粗锐结构的散射体同样可获得较宽的完全带隙,正方粗锐和圆粗锐结构的声子晶体最大带隙分别出现在体积填充率为f=0.3136和f=0.3216处.     

轨道交通周期型声屏障带隙特性及其降噪性能

基于声子晶体带隙理论提出气-固周期型声屏障,基于Bloch定理,采用传递矩阵法研究周期型声屏障声波带隙特性,同时建立有限元模型对带隙进行验证;分析固体材料密度、声速及填充率对周期型声屏障带隙的影响;输入实测轮轨噪声声源,分别研究直立式与全封闭周期型声屏障对轮轨噪声的控制效果。研究结果表明:气-固周期型声屏障中固体材料密度的增加可以显著降低带隙起始频率,同时使截止频率升高、带隙宽度增大;当固体材料填充率取为0.5时,带隙起始频率最低,而截止频率随填充率增大而升高;直立式周期型声屏障比同等质量单一材质声屏障的降噪效果提高2～3 dB,而引入带隙后的全封闭周期型声屏障降噪效果可提高3～5 dB。     

聚合物-粉煤灰陶粒多孔降噪声屏障材料制备及影响因素分析

为了研究具有多孔结构的粉煤灰陶粒(FAC)在公路交通噪声治理声屏障工程领域应用的可行性及其吸声降噪性能,以粉煤灰陶粒为轻骨料、环氧树脂作为黏合剂,混合制备聚合物-粉煤灰陶粒多孔降噪材料,采用声学级配理论推导出适合公路交通噪声集中频率范围内的最佳粉煤灰陶粒粒径范围,并采用阻抗管测试系统进行试件试验验证。采用单因素试验方法研究环氧树脂与粉煤灰陶粒的最佳配合比(水灰比),并考察了试件厚度、复合级配、表面切割、掺加材料、背后空腔、模拟雨淋和冻融循环等因素对聚合物-粉煤灰陶粒声屏障材料的力学性能和吸隔声性能的影响规律。研究结果表明:试验验证与理论推导的最佳陶粒粒径一致,均为1.0～3.0 mm,环氧树脂与粉煤灰陶粒的配合比(水灰比)为1∶5时材料吸声系数、力学性能最优;试件厚度的增大可明显改善材料中低频(1 000 Hz以下)的吸声性能,在1 000～1 600 Hz范围内,随着厚度增大,吸声系数呈现降低趋势;复合级配较单一级配第1共振吸声峰值向低频方向移动,500～1 000 Hz时吸声系数有明显降低趋势,400 Hz以内吸声系数有所增大;掺加橡胶粉可改善中高频吸声系数,对隔声性能的影响较小;空腔增大可明显提高材料中低频的吸声系数,但影响有限;表面切割可提升试件高频吸声系数,其影响规律与减小材料厚度相似;模拟雨淋以及冻融循环对材料吸声性能和力学性能影响均不明显。     

聚合物/无机粒子复合材料的隔声理论模型

应用声学原理分析了无机粒子填充聚合物复合材料的隔声行为，以更深入地揭示其隔声机理．在此基础上，建立了相关的数学模型，并预测了玻璃微珠填充聚乙烯复合材料的隔声性能．结果显示：隔声量与微珠体积分数之间呈线性关系；在较低的噪声频率下，隔声量对噪声频率的敏感性较强；当微珠含量一定时，隔声量随着微珠粒径的增加而下降．声波遇到粒子时发生反射、散射和折射等行为是复合材料隔声性能提高的主因．     

基于虚拟方法的混响箱设计及实验验证

混响箱常用于材料隔声、吸声实验研究中,因此混响箱的设计对于实验的可靠性有着重要影响.混响箱的传统设计都是基于混响声场特性,其效率较低,可靠性也较差.为此,设计了一种复合结构的混响箱模型,通过统计能量分析(SEA)法对复合结构的隔声特性进行了仿真分析,用边界元方法(BEM)模拟混响箱内的声场分布,依据仿真结果对模型进行优化,最终获得具有足够隔声量和均匀声场的混响箱模型.对基于仿真模型制作的混响箱进行隔声实验,结果表明,在400,Hz以上频率范围内,混响箱的隔声量高于50,dB;混响箱内不同位置的声压级相差不超过3.5,dB.镁合金板的隔声实验结果与质量定律及统计能量分析所得结果吻合良好.可见,采用复合结构箱体能实现良好的隔声效果,借助于统计能量法和边界元方法对混响箱进行设计是行之有效的.     

对多孔材料夹层板的隔声性能进行试验及仿真分析

为了提高夹层板的隔声性能,对多孔材料夹层板的隔声性能进行仿真分析。首先对空腔双层板的隔声性能进行研究,利用有限元软件COMSOL进行仿真计算得到空腔双层板的隔声曲线,并通过阻抗管的试验数据来验证仿真结果的准确性,在此基础上研究空腔填满多孔材料的双层板的隔声性能。通过等效流体模型来模拟多孔吸声材料,研究入射角度、多孔材料流阻、多孔材料分布位置等因素对夹层板结构的隔声性能的影响。结果表明:填充多孔材料的夹层板的隔声性能在中高频段得到明显的提高,随着多孔材料流阻增加,夹层板的隔声效果得到加强。     

自保温混凝土-秸秆复合砌块热工性能研究

稻草秸秆作为一种新兴的绿色可再生建筑材料,在农村建筑节能开发中具有广阔的应用前景.设计了一种自保温混凝土-秸秆复合砌块,组成方式为在混凝土小型空心砌块孔洞中填充秸秆芯材.根据传热学基本理论对秸秆填充率分别为30%,35%,40%,45%,50%且长宽比不同的15组混凝土-秸秆复合砌块模型进行热工性能理论计算与模拟.研究结果表明:新型复合砌块的热工性能随着秸秆填充率的增大而加强;秸秆芯材横截面长宽比对复合砌块的传热系数影响很大,长宽比越大,传热系数越小,热工性能越好;当秸秆填充率为50%,且秸秆芯材横截面长宽比在规定范围内最大时,复合砌块热工性能较好,传热系数为0.851 W/(m2·K),保温性能远远好于相同尺寸下未填充秸秆芯材的混凝土小型空心砌块,建筑节能率达到56.2%,充分体现出该新型复合砌块的优越性.     

阵列声波接收换能器的隔声及防震设计

随着多极子阵列声波测井仪在各油田的广泛应用,阵列声波测井仪器在设计时不但要考虑机械结构的稳定性,更要考虑声波的隔声效果,避免声波沿着机体及个连接部分传播.用一维声波传播模型给出了一种隔声设计方法,对接收换能器阵列整体隔声以及各个换能器之间的隔声特征进行了分析,给出了隔声效果比较好的设计.     

一维周期阻尼薄板结构的隔声特性

针对特定的薄板,借助FE-SEA方法,利用全频段声学仿真软件VAone建立了薄板隔声模型。分析了一维周期阻尼的分布,阻尼个数以及覆盖率等因素对薄板隔声特性的影响。结果表明,在阻尼间隔为100 mm时薄板的的隔声效果最好,在全频率段出10块阻尼的隔声效果最好;随着阻尼覆盖率的增大,隔声效果越来越好,但却不呈现一维周期阻尼的特点。二维周期阻尼由于能发挥x,y两个方向周期阻尼结构的优势,在63~1 000 Hz隔声效果好于一维周期阻尼。因此,对于一维周期阻尼结构需要调整周期阻尼结构的晶格常数及阻尼个数和覆盖率,以使隔声量达到最大。     

考虑加筋效应的薄板结构低频声传递损失

设计一种参数可调的加筋板结构简易实验装置,可根据需要对加筋板的加筋条数、加筋位置、加筋条材料、加筋条尺寸等加筋参数进行调整,研究不同加筋参数对结构整体性能的影响效果.基于该装置,选取3种不同加筋位置对平板结构进行加筋处理,并对加筋平板结构的低频隔声性能进行测试,尤其对不同加筋位置的作用效果进行分析,验证加筋参数对结构低频隔声性能的影响.研究结果表明:仅调整加筋位置这一参数就会对平板结构的低频隔声性能有所影响,尤其对声传递损失曲线的谷点频率有重要影响.     

穿孔板空气薄膜阻尼结构隔声特性

为了提高空气薄膜阻尼结构中低频段隔声性能,提出了采用复合穿孔结构的空气薄膜阻尼结构,即穿孔板空气薄膜阻尼结构.首先,利用有限元统计能量(finite element-statistical energy analysis,FE-SEA)混合法构建了空气薄膜阻尼结构的数值模型,并与实验结果进行了对比,验证了模型的有效性....     

汽车用防声材料的SEA参数预测

声学特性的预测工具已经被应用于计算声音包对声腔阻尼的影响.文中基于转移矩阵法,提出一种能够预测多层结构防声材料声学特性的方法.该方法通过考虑绝缘部分与结构的非均匀特性,允许在统计能量分析SEA软件外计算多层绝缘元件的数量.将该方法用于预测修正元件的传播损耗,结果表明预测结果和实验结果符合较好.     

T型建筑节点的声透射

T型建筑节点广泛存在于房间的墙体之间、墙体与楼板之间。其声传递的机理与墙(楼)板中的不同。因此对其声透射的计算是预测建筑结构及侧向传声的关键之一,本文研究了T型节点的声传递的机理和实验测试方法,进而探讨如何改善节点隔声的途径。即通过调整组成T型节点的板的厚度比,以获得理想的隔声效果．