多态反共振协同型薄膜声学超材料低频隔声性能

针对普通声学材料无法有效衰减车内低频噪声的问题,提出一种摆臂式轻质薄膜型声学超材料结构设计形式,通过在子单胞内引入多态反共振模式实现了低频隔声频带的拓宽及隔声量的提高。该超材料以柔性乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)材料作为框架,并将4个金属薄片和1个十字形EVA摆臂贴附在0.2 mm厚的聚酰亚胺(PI)薄膜表面构造成谐振部分。通过对超单胞的声传递损失(STL)、多态反共振模式和负等效参数的分析,揭示了STL带宽的拓宽机理;基于超单胞结构衍生设计了大尺寸的柔性隔声超材料,并将大尺寸超材料样件装配到汽车发动机机罩内进行实车降噪测试,通过"混响室-消声室"隔声实验和实车降噪测试进一步预估了超材料对低频噪声的衰减能力。研究结果表明:子单胞间的多态反共振协同模式能调制超单胞处于连续的动态平衡状态,促使低频入射与反射声波相互抵消,从而改善了隔声带宽和隔声量;所设计的超材料可使车内1 kHz以下的发动机噪声平均衰减达3 dB(A),为低频宽带隔声材料的设计提供了一种新的思路,在控制低频噪声方面具有潜在的工程化应用前景。     

附加薄膜-质量块谐振器的Herschel-Quincke管及基于该结构的隔声帘的研究

声学超材料在声音和振动的消除领域具有很好的应用前景.由于薄膜材料具有轻质且可以实现低频隔声的特点,薄膜型声学超材料受到广泛的关注.提出一种附加薄膜-质量块谐振器的Herschel-Quincke (HQ)管,通过理论分析及有限元仿真和实验的方法验证了该结构在HQ管道和薄膜-质量块谐振器耦合作用下可以实现低频多带的消声性能.此外,还设计了一种前、后附加薄膜-质量块谐振器的方形盒子单元结构,并基于该结构提出了一种隔声帘结构.隔声帘结构为多个单元组成的二维阵列结构,每个单元由前、后附加薄膜-质量块谐振器的长方体盒子构成.通过有限元模拟验证了该结构具有较好的低频宽带的自由场隔声性能.     

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.     

可实现宽频宽角度隔声的薄层通风结构

隔声材料的设计是声学研究的重要主题,并具有重要的应用价值,然而通风条件下的低频宽带隔声仍是具有挑战性的难题.提出一种基于空间折叠结构和中空管道相互组合的双层结构的通风隔声屏障设计,利用层间的类Fano共振耦合对特定频带内的声波能量实现高效隔离,具有外形平整、厚度薄(λ/5.2)、通风量高(通风面积50%)、设计制备简便、隔声的频率及角度范围大等重要优势.数值仿真结果表明该结构可在预设的频率范围内对不同角度入射的低频声波能量实现高效隔离.该设计为新型隔声结构的研制提供了启示,并有望应用于各种同时要求高通风量与高降噪量的特殊场合.     

声学黑洞轻质超结构的低频宽带高效隔声机理及实验研究

针对低频声波在传播过程中穿透力强、难衰减这一问题,研究了一种新型声学黑洞超结构,结合了声学黑洞和声学超结构的优点,通过改变曲面形状实现了低频宽带高效隔声。在一块10 mm厚薄板上,以阵列形式嵌入多个声学黑洞单元,完成声学黑洞既轻且薄的超结构设计。将设计好的声学黑洞超结构用3D打印技术制作出来,通过驻波管实验对声学黑洞超结构隔声特性进行验证。分析实验数据得到,声学黑洞超结构在50～1 600 Hz的频带上平均隔声量可以达到将近30 dB,并且在100～600 Hz频段内平均隔声量高达40 dB。研究了当声学黑洞单元几何形状幂函数的幂指数发生变化时,声学黑洞超结构隔声量的变化。因为设计好的声学黑洞超结构对加工工艺要求较高,在实际的工程应用中并不方便,所以最后还设计了一款方便实际工程应用的声学黑洞超结构,进行了实验验证,并分析了参数变化时对此结构隔声量的影响。研究的声学黑洞轻质超结构在航天航空、汽车、舰船等需要小尺寸结构实现低频大宽带降噪情况下有潜在的应用前景。     

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.     

含对称三角形腔的波导管中宽带低频隔声效应（英文）

研究一种含两个对称三角形腔的波导管中宽频带低频隔声效应.波导管的隔声频带下限与带宽分别可达到140Hz和2900Hz,且所调控声波最大波长是三角形腔的尺寸13.6倍.这种隔声效应源于三角形腔截面积与波导管宽度的差异而引起的交界面上的高声反射率.在此基础上,研究波导管的结构参数(如波导管的宽度、三角形腔的底边长度与高度)及不同类型的腔(Helmholtz腔、矩形腔与直角三角形腔)对低频隔声效果的影响.结果表明,三角形腔的截面积和波导管宽度的差异与低频隔声效果密切相关.此外,由于对结构的本征模式的抑制作用,直角三角形腔所对应的低频隔声频带最宽.所提出的结构具有高隔声、宽频带、结构简单易实现等优点,在声学领域具着一定的潜在应用价值.     

利用双层墙构造减弱吻合效应影响的方法

双层墙以其良好的隔声效果被广泛应用于各类建筑围护结构,但这种构造存在由于吻合效应叠加而降低墙体在某些频率范围隔声性能的现象.为了避免这种吻合效应叠加现象,文中应用统计能量分析(简称SEA)理论对具体双层墙构造的隔声规律进行预测与分析,由此提出减弱此类墙体结构吻合效应的构造方法,即通过改变双层墙的材料层次序、密度和厚度来减弱吻合效应对隔声的影响.研究结果表明:利用向声源薄板的双层墙构造能够有效地减弱吻合效应叠加对隔声性能的影响;采用不同密度和厚度轻质墙体的双层墙可大幅度降低甚至消除低频和高频吻合效应.     

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.     

飞机座舱声学控制方法报告

该研究围绕大型客机气动噪声抑制,探索机舱蒙皮外进行湍流附面层抽吸的机制、以达到降低振源的目的。通过气动噪声舱内传递机理及其控制方法研究,揭示湍流边界层、随机声场、多孔轻质材料内声波耗散、结构振动以及辐射声场之间的耦合作用规律,发展适应未来大型客机舱室安静性环境要求的中低频吸隔声材料和结构,形成典型舱室结构声学材料与结构优化的理论方法,提出舱内噪声控制方法并实验验证,为我国自主研制民用大型客机舱室安静性设计提供理论依据。主要研究内容:探索有限重量和空间等环境约束下提高中低频吸隔声性能的新机理、新途径和新方法,研究湍流边界层、随机声场、多孔轻质材料内声波耗散、结构振动以及辐射声场之间的耦合作用规律和实验验证方法,发展适应未来大型客机舱室安静性环境要求的轻质多孔吸声材料、粘弹性抑振材料和智能吸隔声材料和结构。(1)利用CFD方法建立附面层抽吸理论模型。拟采用CFD与声振动问题联合求解。为减小穿孔板重量,必须考虑其诱发振动的可能性。(2)流体诱发振动和舱内噪声辐射的参数研究。这一部分的研究工作与发动机内的声处理将直接相关。(3)轻质多孔吸声材料研究。开展多孔材料在构型、力学、声学性质方面的表征180科技资讯SCIENCETECHNOLOGY INFORMATION及优化,材料非线性性质以及非线性声场中的响应研究。(4)中低频粘弹性抑振材料和结构研究,结合典型舱室结构,研究粘弹性材料和弹性连接件应用的优化方法。(5)低频智能吸隔声结构研究。围绕舱室的低频噪声控制,研究应用主动或半主动方法提高典型结构低频隔声性能,探索主动或半主动控制单元与传统轻质多孔吸声材料和弹性连接件复合工作的理论和实验方法。(6)大型客机典型结构在随机声场和湍流边界层激励下的辐射噪声的理论、数值和实验方法研究。