基于多种群遗传算法的水下吸声覆盖层结构参数优化设计

采用传递函数法导出含有渐变空腔的吸声覆盖层的声压插入损失,利用吸声覆盖层结构的声学特性,对吸声覆盖层的吸声系数进行计算。分析计算结果,探讨吸声覆盖层的不同结构参数对吸声系数的影响。以吸声覆盖层的反射系数为优化目标,对空腔的几何尺寸和吸声覆盖层的厚度参数设计提出优化方法。基于吸声覆盖层结构的数学模型,同时利用多种群遗传算法对消声层结构进行多参数优化设计研究。结果表明,在同等设计条件下,优化后吸声覆盖层的吸声系数得到了明显提高。该方法对水下吸声覆盖层的吸声效果的提高具有一定的理论与现实意义。     

基于集总电阻的超宽频带超材料吸波体设计

设计了基于集总电阻的超宽频带微波超材料吸波体,并通过仿真和实验进行了验证.依据等效媒质理论,通过S参数反演法计算了加载集总电阻的超材料吸波体结构等效电磁参数.结果表明:复合结构吸波体超宽频强吸收特性源于良好的阻抗匹配以及电谐振和磁谐振.此外,设计的复合超材料吸波体具有极化不敏感和宽角度吸收特性.最后,通过实验测试得到的复合超材料吸波体吸收率大于85%的相对带宽达到130.2%.设计的超宽频带吸波体将在电磁能量捕获和隐身领域具有广阔的应用前景.     

变截面消声管道耦合Helmholtz腔结构的声学性能

基于局域共振理论与管道消声理论,设计了一种变截面消声管道耦合Helmholtz谐振腔的声学超材料结构,并运用COMSOL软件进行仿真研究.在此基础上,探讨了变截面声学超材料结构的几何参数对吸声系数峰值的影响,运用声学试验测试了该声学超材料结构的声学性能.结果表明：该变截面声学超材料结构在低频范围(200～600 Hz)内可实现良好的吸声效果;通过改变管道小孔的截面半径,可以实现声学超材料结构固有频率的定向调节;与普通Helmholtz腔相比,该声学超材料结构的吸声系数峰可在一定低频范围内移动,提高了结构在低频范围内的吸声效果,拓宽了吸声系数峰值对应频率的范围;声学超材料结构的几何参数得到了优化,具有良好的吸声效果.     

组合腔型吸声覆盖层的声学特性分析

采用波导有限元方法分析了组合腔型吸声覆盖层单元的轴向波传播和损耗特性,并结合传递矩阵建立了该结构覆盖层声学特性的分析模型.以组合型圆台空腔吸声覆盖层为例,分别从波型转换和轴向波传播特性的角度分析了不同大小的空腔嵌入改变吸声覆盖层声学特性的规律.结果表明,随着大腔嵌入比例的增加,吸声系数的峰值频率逐渐向低频偏移,改善了低频吸声性能.     

迷宫型声学超表面可调参数及其全相位调节

针对以往声学超表面研究的不足,提出一种亚波长迷宫型声学超表面结构;以迷宫型声学超表面物理特性的有效调控为目的,深入研究了各参数与声学超表面的关系,重点分析了声学超表面对反射相位的调节作用,实现了对声学超表面反射相位的人工调控。为了揭示声学超表面与各参数之间的内在联系,逐一分析了每个可调参数对声学超表面的吸声系数和反射相位的影响,结果表明:声学超表面盖板上小孔的直径、迷宫超表面原胞边长和迷宫槽宽对吸声系数和反射相位有决定性的影响,相对而言,迷宫棱宽和迷宫盖板的厚度对吸声系数和反射相位影响较小;盖板上的小孔直径越小,相应的共振频率就越低,吸声系数曲线向低频移动,而峰值保持不变,反射相位曲线也向低频移动,但相位轮廓保持不变;原胞边长越小,相应的共振频率就越高,吸声系数曲线向高频移动,且峰值增大,反射相位曲线也向高频移动,相位幅值基本不变但是跨度增大;迷宫槽宽越小,相应的共振频率就越低,吸声系数曲线向低频移动,且峰值变大,反射相位曲线也向低频移动,相位幅值不变但是跨度减小。设计了一种具有10个超表面原胞的迷宫组合结构(10个原胞除孔径外其他参数均相同),实现了从0到2π跨度上的相位调节,而且结构小巧紧凑,操作简单易行。这种结构可以进一步拓展成由多个超表面原胞构造的超薄二维阵列平面,从而实现声隐身。     

蜂窝夹芯结构吸波性能的有限元计算分析

针对周期性蜂窝夹芯结构型吸波材料的非均匀性,提出采用频域有限元数值仿真和散射参数反演法计算不同构型蜂窝夹芯材料的雷达散射截面（RCS）和反射系数,并探讨了周期性蜂窝夹芯结构中胞元的尺寸效应对结构型吸波材料隐身性能的影响．计算结果表明：对于具有相同体分比的不同构型蜂窝夹芯结构型吸波材料,当胞元尺寸大于工作波长时,夹芯材料的不均匀性导致RCS值变化幅度较大;随着尺寸的缩减,RCS值逐渐减小且变化趋于平缓．但在不同入射方向具有明显的散射特性,而且不同构型蜂窝夹芯结构的反射系数也表现出明显的尺寸效应．研究结果为周期蜂窝夹芯结构型吸波材料的多功能设计提供了计算依据．     

有限大背腔单层微穿孔板吸声体吸声特性研究

基于声有限元数值方法研究了有限大背腔单层微穿孔板吸声体的吸声特性.首先,建立了该类单层微穿孔板吸声体的有限元数值模型,并采用等效电路法对其准确性进行了验证.然后,基于已验证的仿真模型讨论了有限大背腔单层微穿孔板吸声体的斜入射吸声性能,以及背腔宽深比对其扩散场吸声系数的影响规律.结果显示,在正入射条件下,单层微穿孔板吸声体的吸声性能主要受到有限大背腔非切向模态的影响,而在斜入射条件下,主要受到切向模态的影响;不同入射角度的声波会激发有限大背腔不同的切向模态,从而改善单层微穿孔板吸声体的高频吸声性能;调整背腔宽深比能有效控制单层微穿孔板吸声体扩散场吸声系数曲线高频吸声峰的位置,并且存在最佳宽深比使其同时具有较高的吸声系数和较宽的吸声频带.本文可为噪声控制工程和室内声学设计提供有用的参考.     

水声吸声材料与吸声结构研究进展

低频探测技术的发展对水下航行器的隐身性能提出了新的挑战。为了提高水下航行器的生存能力,通常会在其表面敷设水声吸声材料以吸收声纳发出的探测声波。本文综述了水声吸声材料及吸声结构的研究进展,介绍了基体材料改性、不同吸声结构对吸声性能的影响以及声学超材料在水声吸声领域中的应用,并总结了吸声材料和吸声结构中存在的问题与不足。     

水声吸声材料与吸声结构研究进展

低频探测技术的发展对水下航行器的隐身性能提出了新的挑战。为了提高水下航行器的生存能力,通常会在其表面敷设水声吸声材料以吸收声纳发出的探测声波。本文综述了水声吸声材料及吸声结构的研究进展,介绍了基体材料改性、不同吸声结构对吸声性能的影响以及声学超材料在水声吸声领域中的应用,并总结了吸声材料和吸声结构中存在的问题与不足。     

微穿孔板-三聚氰胺吸音海绵-空腔复合结构声学性能优化设计

基于Johnson-Champoux-Allard（JCA）模型和微穿孔板理论,利用传递矩阵法建立了三聚氰胺吸音海绵不同填充方式形成的复合结构的吸声系数理论模型,并比较了其吸声性能：与单层微穿孔板结构a相比,微穿孔板-吸音海绵复合结构b和微穿孔板-吸音海绵-空腔复合结构c的吸声性能均有较大提升,微穿孔板-空腔-吸音海绵复合结构d的提升效果次之。分析了几何参数对复合结构b的吸声性能的影响,得出：微穿孔板的孔径越小,复合结构在中高频段的吸声效果越好;厚度越大,复合结构在高频段的吸声性能越低;穿孔率越大,复合结构在低频段的吸声性能越低;吸音海绵厚度的增加在总体上有利于提高复合结构的吸声效果。基于粒子群算法对复合结构b和c的吸声性能进行了优化,结果表明：与优化前的复合结构b相比,优化后的复合结构c的平均吸声系数从0.565 4提升至0.751 9;与优化后的复合结构b相比,其吸声性能几乎不变,但吸声材料厚度减少了30%,在保持良好吸声性能的同时实现了轻量化。     

微穿孔板-三聚氰胺吸音海绵-空腔复合结构声学性能优化设计

基于Johnson-Champoux-Allard（JCA）模型和微穿孔板理论,利用传递矩阵法建立了三聚氰胺吸音海绵不同填充方式形成的复合结构的吸声系数理论模型,并比较了其吸声性能：与单层微穿孔板结构a相比,微穿孔板-吸音海绵复合结构b和微穿孔板-吸音海绵-空腔复合结构c的吸声性能均有较大提升,微穿孔板-空腔-吸音海绵复合结构d的提升效果次之。分析了几何参数对复合结构b的吸声性能的影响,得出：微穿孔板的孔径越小,复合结构在中高频段的吸声效果越好;厚度越大,复合结构在高频段的吸声性能越低;穿孔率越大,复合结构在低频段的吸声性能越低;吸音海绵厚度的增加在总体上有利于提高复合结构的吸声效果。基于粒子群算法对复合结构b和c的吸声性能进行了优化,结果表明：与优化前的复合结构b相比,优化后的复合结构c的平均吸声系数从0.565 4提升至0.751 9;与优化后的复合结构b相比,其吸声性能几乎不变,但吸声材料厚度减少了30%,在保持良好吸声性能的同时实现了轻量化。     

卫星夹层结构夹芯层力学性能分析与数值模拟

由于高强、质轻的特点,夹层结构材料在工程领域得到了广泛的应用.本文对卫星夹层结构所采用的蜂窝夹芯进行力学性能分析,推导出六边形蜂窝夹芯结构的等效弹性常数;并选取某型号卫星蜂窝夹芯结构,对其进行数值模拟研究.通过对比理论计算和数值模拟结果,验证了等效弹性参数公式的正确性,可作为卫星蜂窝夹芯结构的优化设计的理论依据.     

横向电场激励的剪切波AlN薄膜体声波谐振器

为了检测液体中的微量物质,研究了横向电场激励的剪切波固体装配型AlN薄膜体声波谐振器.器件以c轴择优取向的AlN薄膜作为压电层,电场由平行于压电薄膜表面的平行电极激发,三周期的1/4波长SiO2/W层交替排列构成了布拉格反射层.通过有限元分析计算了电场分布,设计了平行电极参数.结果表明：AlN薄膜具有良好的c轴择优取向,器件实现了稳定的2 GHz频率的单纯剪切波谐振,器件的品质因数Qs和Qp分别为434和393,等效机电耦合系数K2eff为0.97%,有效的横向电场激励和布拉格反射层的选频作用对纵波的抑制明显.这种谐振器非常有利于作为在液体环境中工作的生化传感器.     

材料设计参数对双层多孔路面吸声性能影响

为提升双层多孔路面吸声性能,增强对轮胎与路面接触源头噪声的消减效果,给路面降噪功能优化设计提供依据,分析层间结合材料用量、底面层空隙率对双层多孔路面吸声性能的影响规律。采用表面声学阻抗试验获取混合料吸声系数曲线,对比不同层间结合材料用量、底面层空隙率对双层多孔路面吸声系数峰值和峰值频率的影响,并采用层间剪切、拉拔强度试验分析层间黏结性能。基于层间材料用量和底面层空隙率优化,提出一种采用聚氨酯表面层与改性沥青混合料底面层复合的双层多孔路面结构,通过室内试验分析复合路面材料的基本力学特性和吸声性能。研究结果表明：增加层间改性乳化沥青材料用量能够提升层间黏结强度,但会损失双层多孔路面的吸声效果,主要吸声频谱也会受到影响;提高底面层空隙率能够提升双层多孔路面的吸声性能,特别是对于高频噪声的吸收;而当底面层空隙率小于20%时,吸声系数峰值衰减较快。在聚氨酯材料提供足够黏结强度和表面层力学性能的条件下,复合型路面未采用层间结合材料,并提高了底面层空隙率,因此呈现出显著的高、低频吸声效果。为保持双层多孔沥青路面吸声性能和黏结强度的均衡,底面层空隙率不宜低于20%,在保障足够有效吸声功能基础上,宜使用...     

盘绕型声学超构材料的近零折射率特性研究

近零折射率材料是一类等效质量密度和等效体模量的倒数同时趋于零或者其中之一趋于零的声学超构材料,在近零折射率声学超构材料中声波会表现出声速无穷大、高效声传输等特性,这些特性为声波调控带来了一些独特的应用.以圆形盘绕型结构为基本单元,该基本单元通过对空间的卷曲和盘绕,大大增加了声波在单元中的传播路径.通过对单个圆形盘绕型基本单元的等效参数进行计算,得到基本单元近零折射率特性所对应的频率点,以具有此近零折射率特性的结构为基本单元来构造声学超构材料.通过利用超构材料对刚性散射体进行不同方式的包裹以实现声隐身效应.此外,利用该基本单元对不同形状的弯曲波导管进行填充实现了声波隧穿效应.     

经编间隔织物增强聚氨酯复合材料的制备及其吸声性能

将具有不同结构参数的经编间隔织物与聚氨酯泡沫材料复合,制备了7种经编间隔织物增强聚氨酯复合材料试样.利用驻波管对复合材料进行了吸声性能测试,探讨间隔丝垫纱方式、织物厚度和表面组织结构对复合材料声波吸收性能的影响.测试结果表明,复合材料具有优异的吸声特性,其吸声性能可以通过改变织物结构参数进行调整.     

基于分流电路调控的宽低频吸隔声机理研究

针对含分流电路的扬声器结构,本文研究了基于频率自适应概念扩宽吸隔声频带的理论机理. 针对扬声器隔声结构模型,揭示了在声波频率和分流电路电感所构成参数空间中存在的高隔声量轨迹,进而设计出控制电路使等效电感参数可以自适应追踪高隔声量轨迹,结果表明在低频区域的隔声带宽获得了显著扩展,将不同工作频率的自适应隔声结构组合可以进一步扩宽隔声频带. 针对扬声器吸声结构模型,发现在频率-电感参数空间同样存在高吸声轨迹,通过设计控制电路自适应追踪高吸声轨迹可以扩宽吸声频带,此外研究了扬声器与微穿孔板构成的复合吸声结构,数值结果表明在自适应吸声与微孔吸声机理的共同作用下吸声频带可被进一步扩宽。本研究为扩展扬声器结构吸隔声频带提供了新的思路,为下一步工程应用设计奠定了理论基础.      

声学超表面的研究与应用进展

声学超表面是通过合理的设计规则以获得控制声波传播的新型人工结构,为声波的调控和处理提供了新的途径.阐述了声学超表面的相位调制机理,重点论述了包括空间卷绕型、Helmholtz谐振型、薄膜结构型以及其他类型超表面的不同概念和设计原理,并讨论了它们在异常反射/折射、聚焦、自弯曲等方面的相关研究及应用进展.最后,分别从超表面的可调谐性、可设计性和水下调控等方面讨论了声学超表面的发展方向和应用前景.     

传输矩阵法研究薄膜体声波谐振器

薄膜体声波谐振器(FBAR)以其工作频率高、体积小、便于集成和低插损等优良特性而得到广泛应用,对薄膜体声波器件理论设计与优化的研究成为研究热点.本文引入传输矩阵法研究薄膜体声波谐振器,利用该方法推导薄膜体声波谐振器的输入阻抗公式,并利用该公式研究了Al/AlN/Al结构的FBAR的谐振频率、有效机电耦合系数和谐振品质因数.结果证明,该阻抗公式可有效的用来设计或评价FBAR的谐振频率、有效机电耦合系数和谐振品质因数等重要参数.     

基于传递矩阵法的压电复合结构声学性能研究

提出了一种将压电材料与被动吸声结构结合起来进行复合吸声的方法,并采用传递矩阵法对其声学性能进行了研究.首先,根据压电材料的控制方程和边界条件,求得压电材料上下表面声压和质点速度的传递矩阵;然后,对由压电材料和非均匀橡胶材料组成的复合吸声结构,利用递推方法求得总的传递矩阵;最后,对背部边界条件为钢板时不同非均匀橡胶结构参数情况下的压电复合吸声结构的控制电压进行了理论计算和对比分析.