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柔性声学超材料低频消声技术研究
| 论文题名： | 柔性声学超材料低频消声技术研究 |
| 关键词： | 声学超材料;低频消声;隔声板件;高速飞车;乘驾舒适性 |
| 摘要： | 低频噪声辐射水平，是影响装备隐身性能与乘驾舒适性的重要因素。由于低频噪声具有透声能力强，传统的消声材料难以有效控制，而声学超材料得益于独特的亚波长结构，能够实现对低频噪声的良好控制。为解决低真空管道高速飞车的低频噪声控制问题，本文从实际应用条件出发，采用柔性材料与亥姆霍兹共振式声学超材料结合，提出了一种柔性材质的亥姆霍兹共振型声学超材料，并通过仿真计算与实验验证相结合的办法，研究柔性声学超材料的声学性能及影响因素，主要工作内容如下： 首先，分析了声学超材料理论隔声机理，推导传递损失评价指标，根据亥姆霍兹共振器设计理论与仿真分析，结合车舱门框架结构，设计了柔性声学超材料的结构。仿真结果表明，设计的柔性声学超材料在175Hz出现了共振峰值，表现出明显的亥姆霍兹共振效应，在低频段消声效果明显，柔性材质设计增强了声学超材料的中高频带消声特性。 其次，采用实际噪声激励条件对安装柔性声学超材料前后的隔声板件的声学性能进行仿真对比，结果表明，使用柔性声学超材料后，隔声板件在175Hz的传递损失可达70dB。在100-250Hz低频噪声段，安装柔性声学超材料后的噪声传递损失比未安装时高20dB，进一步说明了柔性声学超材料低频消声优势与应用可行性。为了扩宽柔性声学超材料的低频消声频带，探究了柔性声学超材料颈部内径变化与腔体体积变化对传递损失的影响。 最后，根据柔性声学超材料的结构尺寸，设计加工工艺与浇注模具，以分部拔模法制备柔性声学超材料样件，搭建声学性能测试平台对所设计的柔性声学超材料进行声学性能测试。采用双负载法测量柔性声学超材料的传递损失，验证其低频消声性能。最终实验结果与仿真一致，设计的柔性声学超材料具有良好的低频消声效果，在175Hz达到共振峰值，低频传递损失峰值可达40dB，通过改变腔体体积，实现了共振频率从175Hz偏移至205Hz，偏移量达到30Hz，同时柔性结构使其在中高频段的传递损失保持在25dB，保证了消声性能，为柔性声学超材料在高速飞车上的工程应用奠定基础。 |
| 作者： | 马智宇 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 吕海峰;李立涛 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中北大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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