摘要：针对低频噪声防治问题,本文设计了一种薄膜型声学超材料,质量块选用圆形质量块,分析几何参数对其吸声性能的影响,同时利用阻抗匹配原理解释了产生吸声峰的原因。研究结果表明:吸收峰主要来源于薄膜弹性振动;改变薄膜及附加质量的几何参数均会显著改变吸收峰的幅频特征,因此,可针对目标频谱特性,通过优化薄膜和附加质量的几何参数,有效改善薄膜声学超材料的吸声性能。引入声虹吸效应能提升了声学超材料低频吸声效果,为声学超材料结构设计与优化方面提供了解决思路。

摘要：传统用于隔声降噪的结构,通常阻碍了气流的传输,无法满足许多实际应用场景的需求。声学超材料作为当下声学研究的热点,为设计新颖的通风降噪结构提供了有效的解决方案。简要讨论了传统通风降噪结构在应用中的局限性,追溯了声学超材料的出现与发展,重点介绍了Helmholtz共振结构、空间盘绕结构、声学超笼和声传输可调结构这几种类型的声学超材料在通风和降噪方面应用的最新进展,总结了这些超材料的结构特点、降噪原理和通风特性,以及它们在低频宽带噪声衰减、通风效果和结构轻薄化等方面的明显优势。最后,对这一新兴领域在优化设计、现场实验和通风性能研究三个方面的发展进行了展望。

摘要：基于声学超结构中的等效零质量特性,设计出一种超结构水声发射换能器的核心部件——辐射盖板,揭示了局域共振声辐射机理和多单元协同耦合声辐射机理。通过等效零质量设计使结构发生局域共振,获得大的表面振速,从而实现较高的辐射声压级。同时,利用多个单元之间的协同耦合,使结构在不同位置处实现局域共振,实现工作频带的大幅度拓展。基于此机理,设计了一种新型小尺寸低频大宽带超结构水声发射换能器,采用有限元方法对结构参数进行优化,依据优化结果制作出试验样机,直径为400 mm,高度为240 mm,总质量为46 kg。测试结果显示,换能器在40~1 050 Hz内具有比较良好的发射响应,平均发射电流响应约为146 dB,与理论仿真计算结果基本吻合。该研究内容为水声换能器结构的发展和改进提供了一种新思路,具有一定的应用前景。

摘要：针对传统吸声材料效率低、频带窄的不足,设计了一种多阶共振超表面。多阶共振超表面通过在共振腔内部插入一个或多个带有小孔的分隔板来构造,使其保持原吸声峰和结构尺寸不变情况下,在较宽频带内获得多个近乎完美的吸声峰,明显增加了吸声频带宽度。通过吸声系数和相对声阻抗率对迷宫二阶共振超表面的高效吸声特性进行分析,并研究了孔径变化对二阶共振超表面吸声特性的影响规律;采用声电类比法推导出多阶共振超表面的等效声阻抗,并将二阶共振超表面等效成二自由度质量弹簧系统,通过系统固有频率和固有振型分量对多阶共振吸声机理进行深入分析。考虑到亥姆霍兹共振腔内空气的热黏性,在对多阶共振超表面的理论计算进行推导时,引入了等效密度和可压缩性的理论。通过对多单元耦合参数的精确平衡,设计了9个单元组成的低频宽带亚波长超表面吸收器,该超表面厚度为8 cm,在310~1560 Hz的频带范围内具有连续优异的吸声特性,平均吸声系数高达90%以上。这项研究可为实现低频大宽带吸收提供一个新的思路,并在工程降噪中有潜在的应用前景。

摘要：为提升薄膜/板状结构的低频隔声特性,本文提出一种具有动态磁负刚度的新型准零刚度薄膜声学超材料.首先,应用等效磁荷理论推导了动态磁负刚度;然后,基于伽辽金法建立了有限尺寸下薄膜/板结构的隔声理论模型.通过理论分析、数值仿真及实验测试相结合的方法,从结构模态、振动模式、平均速度、相位曲线、等效质量密度和等效弹簧-质量动力学模型等多个角度对其低频(1—1000 Hz)隔声机理开展了研究.结果表明:在初始薄膜张力一定时,减小磁间隙或增大剩余磁通密度均可增大动态磁负刚度,进而减小隔声峰值频率,增加隔声带宽,实现了较宽频段下的有效低频隔声;进一步,当磁间隙大于第二临界磁间隙小于第一临界磁间隙时,结构的一阶模态共振消失,对应隔声谷值大幅提升,显示出超宽频段的隔声效果.这种利用动态磁负刚度改善模态共振导致的低频隔声谷值的方法对薄膜/板型低频隔声超材料的设计具有重要的理论指导价值.

摘要：为了降低水下吸声超材料的厚度,更加利于水下吸声的实际应用,提出了一种将质量集中效应引入水下薄板型声学超材料的设计思想。一般来说,对于经典的水下薄板型超材料,其单元胞结构是由一个四周固定的薄钢板及固定在薄钢板上方的振子构成,当平面波以一定频率垂直入射到单元胞表面时,会出现一个显著的由振子共振引起的声吸声峰。但是,在保持总质量不变的情况下,将原厚振子精确地划分为相邻的两个薄振子,可以获得类似的吸声性能,同时出现额外的吸声峰,具有多个模态,超材料的厚度会急剧下降,这种现象称为质量集中效应。为了更好地理解吸声的物理机理和优化吸声性能,运用阻抗匹配机理和有限元模拟方法,探讨了重要结构参数对吸声性能的影响。在此基础上,提出了一种多元胞结构,该结构在200~1000 Hz范围内具有良好的宽带吸声效果。该研究为水下低厚度超材料的设计提供了一种有效的方法。

摘要：为了有效抑制低频噪声并拓宽低频带隙,设计了一种具有低频宽带的双侧亥姆霍兹声学超材料。通过有限元法对系统能带结构和传输谱进行计算;通过能带结构上各点振动模态对带隙形成机理进行分析;运用弹簧质量模型计算等效带隙频率,并探究了结构参数对带隙的影响。结果表明:通过改变结构参数可实现带隙超车现象,在亥姆霍兹谐振腔材料为钨,其壁厚和高度分别为1.0 mm、6.0 mm,包覆层半径为4.6 mm,基板厚度为1.0 mm时,模型的带隙起始频率为195.8 Hz。在此参数下,第一完全带隙宽度拓宽至758.1 Hz。所设计的双侧亥姆霍兹声学超材料能够为低频噪声控制提供参考。

摘要：本文针对实际工程应用中的振动噪声问题,尤其是在如高温、高声压级、强气流等特殊工作环境下低频振动和噪声控制技术存在的瓶颈和关键问题,对弹性波/声波在颗粒多孔材料、金属多孔材料和广义声子晶体结构中的传播特性和减振降噪的机理及应用展开了深入的研究。系统研究了颗粒介质內部在弹性波作用下的流变特性和耗能机制,研究了非阻塞性颗粒阻尼技术中不同设计参数对耗能特性的影响,以及柔性约束颗粒阻尼减振机理,研究了多物理场条件下声波在多孔金属介质中的传播损耗机制,自行研制了国内首个适用于高温、高声强条件的多物理场声学实验测试平台。提出了具有缝隙特征的广义声子晶体的概念和结构设计方法,突破了相同晶格常数下声子晶体只能产生超声禁带的局限,揭示了这种结构的禁带产生机理及影响因素,拓宽了声子晶体概念和研究范围。相关的研究工作为多孔介质与超结构在实际工程的减振降噪中提供了新的理论依据和技术途径.

摘要：作为超材料领域的重要分支,声学超材料是操纵声场、调控声波的强有力工具,为现代绿色建筑设计方面提供了新的技术途径,例如低频声波衰减、气流通过等。在声学领域,相较于传统材料,声学超材料在兼顾小尺寸和轻量化的前提下,可实现对亚波长噪声的有效隔离,拓宽了结构隔声频段,保证了降低噪声和气流通过性的统一,有利于实际应用。综述了声学超材料在绿色建筑通风隔声方面的重要研究和最新进展,并对未来的发展前景进行了展望。