张德志[1]2004年在《橡胶声屏蔽性能的研究》文中研究说明声障板性能的好坏，是影响声纳性能的主要影响因素之一。障板一般安装在传感器与噪声源之间，用来屏蔽噪声对传感器的影响；同时，障板能改善基阵的响应特性，提高阵增益。 用来制作反声障板的材料的声性能决定于材料的特性阻抗，普通的反声材料是用声学上的低特性阻抗(pc)材料制成的。声软障板能阻隔水下声能的传播，为了保证声软障板在深水的性能，声软障板在保持动态形变的同时，必须具备一定的刚度，在承压情况下。维持一定的形状。 国内反声材料主要采用多孔橡胶及聚氨脂、聚氯乙烯、聚苯乙烯等硬质泡沫塑料，由于这些材料强度有限，不能负荷高流体静压力的作用，在深水中会变形，从而导致声屏蔽能力下降，限制了反声材料在水下的工作深度。 障板的性能不仅与制作障板的材料性质有关，而且与几何尺寸以及材料前后面的介质、负载情况等亦有关，特性阻抗在工程上作为反声障板性能的度量虽然比较直观，但如果不加限制条件，直接用来评价某种材料的声学性质就很不确切，有时甚至会导致错误的结果。利用优良的水声材料制作某种反声障板时，必须配合进行声学结构设计，否则不可能得到满意的结果。 丁苯橡胶(SBR)是一种具有特殊性能的高分子材料，它有一定的强度和较宽的温度稳定性，可以承受一定的压力；同时，它又具有损耗特性和较大的弹性形变。虽然SBR橡胶的特性阻抗与海水接近，但经过结构设计，通过将橡胶的压缩形变转换为剪切形变，从而有效降低结构件声速，可以达到与海水失配的目的。因此，由SBS橡胶制成的障板，可以在宽频带、较宽范围静水压和温度下有效屏蔽换能器及声基阵。 本文的主要研究内容就是在传统声软障板的理论基础上，通过SBR橡胶的性能研究、结构设计和建模分析，利用SBR橡胶的粘弹性能，设计了用SBR橡胶制作的宽频耐压声软障板。 本文主要利用弹性方程及声在不同介质中传播的特性，分析了：1)丁苯橡胶的物理性能、动态模量及损耗特性，测试了相关材料的动态力学参数；2)具有圆柱通浙江大学硕士学位论文道的橡胶作水声反声障板的机理，通过静态近似得到丁苯橡胶声学参数的计算公式;3)对障板的声学特性进行了理论计算和分析，给出了在不同频率下的反声性能随材料损耗因子、剪切模量及厚度的变化规律，并对模型进行了试验验证。
郭有松, 宋扬, 朴盛春[2]2011年在《颗粒浓度对声屏蔽装置吸声性能的影响》文中认为吸声一直是声学界研究的热点问题,声屏蔽装置是一种有效的水下噪声吸收装置。针对声屏蔽装置的声散射特性进行了分析,采用吸声颗粒悬浮层作为研究对象,对吸声悬浮层的衰减系数进行探讨,重点讨论了不同浓度的悬浮层对不同频率声波的吸声系数的影响。针对稀浓悬浮层,采用考虑颗粒之间影响和不考虑颗粒之间影响2种方式进行了理论分析与计算,分析结果认为:从5 000～6 000 Hz声波频率对悬浮层吸声效果影响并不明显,高于6 000 Hz,声波频率的影响开始明显;增加悬浮层的浓度对于吸声效果影响非常明显。就声屏蔽装置而言,在参考不同浓度对不同频率声波的影响基础上,通过合理的计算,可以得出喷射装置的管径、流量与速度。
唐昆[3]2016年在《超表面对声波波前的调控研究》文中提出近些年来,光学超表面的发展引起了研究者们的广泛兴趣。超表面大大降低了光学器件的厚度,并且产生了许多非常规的物理现象和功能,例如反常反射／折射、光涡旋片、波片以及超薄的聚焦透镜。超表面的核心思想在于在两种自然材料的界面上覆盖亚波长结构,达到引入所需的相位排布的目的。经过精心设计的相位分布为调控光波的传播提供了新的途径。另一方面,常规声学器件的实际应用常常受到两个关键因素的束缚：一个是天然固体相对于空气的巨大阻抗不匹配所导致的低透效率；另一个是器件的厚度太大,尤其是对于同日常应用息息相关的可听见范围的声波。基于惠更斯.菲涅尔原理,在本论文中,我们研究了几种具有新颖功能的非常规声学结构,包括弯曲缝单元组成的平板透镜,空间卷曲单元组成的声超表面和多尺度闪耀光栅。具体内容如下：1.弯折缝平板透镜的声聚焦和定向声发射基于惠更斯.菲涅尔原理,我们设计了一种平板透镜来实现空气中点声源与高斯声束之间的互相转换。这种透镜由精心设计的贯穿平板的非均匀弯折缝阵列构成,其中每条缝的出口都作为携带所需声学响应的亚波长大小次级源。在可听见的声波频率范围内,我们的实验结果同理论计算符合得很好。这种小巧的结构对一些日常应用有很大的帮助,比如用于医疗和检测。2.超表面对声波的反常折射类似于光学器件,声学组件也常常被用来灵活地调控声波的传播。然而,在实际应用中,尤其是对于波长较大的空气声波而言,常常受限于器件的厚度影响。在本章中,我们将展示一种用于控制声波反常折射的超表面结构,这种结构由随空间位置而变化的卷曲缝.亚单元组成,厚度处于亚波长尺度。通过精心优化微观结构,这种设计在调控声波波前方面表现出了优异的性能。在频率为2.55kHz时进行的空气声波实验与理论预测的结果吻合得很好。这项研究为众多日常生活应用开辟了新的途径,例如通过装上质量轻而厚度薄的超表面结构来控制室内声场效应。3.利用超表面构造半贝塞尔声束同艾里束在超过傍轴角时会发生变形情况不同的是,半贝塞尔束可以沿更陡峭的角度发生弯曲,这一特点对于实际应用是非常有帮助的。在这一章节中,我们提供了一种构造二维半贝塞尔声束的超表面结构设计。这种结构由随空间位置发生变化的卷曲缝单元组成,每个单元均被用以摹拟从半贝塞尔声束表达式中推导出来的声学响应。为了减少设计过程的复杂度,我们采用了一种权衡的方法来简化多变的幅度响应。全波模拟和实验测量的结果自治地表明了这种设计思路的有效性。从这里采用超表面结构所构造的半贝塞尔声束中,我们可以预见到一些潜在的应用,比如粒子的大角度弯曲输运。4.基于梳状梯度单元的高效闪耀光栅在本章中我们提出了一种具有杰出闪耀性能的多尺度反射光栅。在预测的频率和空间取向上,光栅表现出了接近完美的闪耀特性。这种光栅结构由周期排列的金属超胞构成,每个超胞由深度线性减少的等距亚波长直缝组成。我们提出了一种基于惠更斯一菲涅尔原理的简单模型来预测光栅对不同极化方向入射微波的响应：对于横电场(TE)极化,只存在全反射；对于横磁场(TM)极化,入射波会被反射到由狭缝出口处相位梯度所决定的特定方向。考虑到声波与横磁场(TM)极化的电磁波之间的数学相似性,类似的设计方法也可以推广到声波中。
邱学云, 黄亚伟, 胡家光, 施秀萍[4]2011年在《一维声子晶体应用探索》文中进行了进一步梳理声子晶体的带隙特性、缺陷态特性和特殊的声学特性具有重要的理论价值和应用价值.文章对声子晶体的基本概念和特征进行简要概述,总结分析一维声子晶体在振动控制、噪声控制、抗振防震、声波控制四个应用探索方面的研究成果,为深入一维声子晶体的应用研究提供依据.
曾广武, 肖伟, 程远胜[5]2007年在《多组声子晶体复合结构的隔声性能》文中认为运用波动分析法,导出了平面波垂直入射时声子晶体禁带特性的计算方法。探讨了构建声子晶体复合结构用于隔断和屏蔽人体敏感噪声谱的可行性。分析计算了由多层铅/软橡胶声子晶体与多层钢/丁腈橡胶构成的声子晶体复合结构的隔声性能。结果表明,通过参数的合理调制和搭配,这种声子晶体复合结构能够降低起始频率和提高禁带宽度,达到人们所要求的隔声目标和良好的隔声效果。
倪旭[6]2015年在《声学人工结构材料及其物理效应的研究》文中认为近年来,声学人工结构材料是一个重要的研究领域,这一领域具体包括声子晶体和声超构材料,它们是由两种或多种具有不同声学参数的材料按照能带理论或有效介质理论设计而成的、具有不同于常规天然材料声学性能的人工结构材料。其中声子晶体的周期与声波波长相当,因而具有布拉格带隙等能带特征；而声超构材料的单元尺寸远小于波长,因而可以用有效介质理论得到它的有效声学参数,这些参数在一定频率范围内甚至可以是负的。本论文针对声学人工结构材料中声波的传播进行了理论和实验的研究,主要涉及声表面倏逝波及其声学异常透射效应、含声学腔的声学人工结构材料中的新颖物理效应以及声学陈绝缘体(由旋气流单元构成的声子晶体)。声表面倏逝波及其声学异常透射效应：从理论和实验上研究了一维周期结构的声学性质,探讨了该结构中声学异常透射效应以及声波自准直效应背后的物理机制。基于这种结构,建立了一个微观理论模型,该模型计及结构出射端面所有周期凹槽散射声波的影响,并且认为总声场是由向远场辐射的柱面波以及只在结构表面传播的声表面倏逝波共同构成的。不同于诸如瑞利波和兰姆波这样众所周知的声表面波,这里所提出的声表面倏逝波更类似于光学领域中引起光学异常透射效应的表面等离激元。通过扫描空间中的总声场,发现在声学异常透射效应发生的特定频率处还能观测到声波自准直效应,实验结果与计及声表面倏逝波的理论预测相符。这一研究中对于声表面倏逝波的探索有助于含有周期性调制表面的新型亚波长声学器件的设计。含声学腔的声学人工结构材料中的新颖物理效应：声学腔是一种重要的声学元件,通过调节它的结构尺寸,能够有效地调节它所支持的局域共振模式的频率以及品质因子,从而调控含有声学腔的声学人工结构材料的物理性质。1)利用含声学腔的狭缝结构实现了声学中的拉比劈裂和拉比振荡效应。发展了严格的分析模型从相位匹配的角度研究了劈裂峰的形成,并且利用模式耦合模型发现这种劈裂效应是狭缝的Fabry-Perot(FP)基模与声学腔的共振模式耦合所产生的。2)研究了基于声学腔的声超构表面的相位调制性能。通过调节声学腔的结构参数,可以有效地调整出射声波的相位,基于此设计了含有多个声学腔的声超构表面,实现了声波聚焦的功能。3)研究了含有声学腔的一维周期狭缝结构的异常透射性质。结构中成对的声学腔就好像氢分子中的两个氢原子,可以形成成键态,也可以形成反键态。腔的成键态能够与狭缝波导中的FP模耦合产生两个新的共振模式,进而与入射声波耦合实现声波透射；而腔的反键态局域在腔内,不与其它腔模或FP模耦合,展现出声波的零透射。4)研究了基于开口环声学腔阵列的薄板声波隧穿问题。所观察到的共振隧穿峰是由所引入声学腔与薄板之间形成的共振模式所造成的。5)研究了含声学腔的声子晶体中的可调谐成像效应。通过将声学腔的共振频率设置在原声子晶体的带隙中,可以观察到额外产生的拥有负折射的通带,据此可以实现平板成像,而且通过旋转声学腔单元能够调控所成像的有无。6)通过在空气波导上连接多个空间盘绕声学腔,实现了声学彩虹陷阱效应。这种高等效折射率的空间盘绕声学腔能够降低器件中每个通道的物理尺度,使得器件变得更加小型化。并且所研究的器件能够将宽频入射声信号的不同频率分量分离到器件的不同的通道中,使得该器件可以成为声学的波分解复用器,进行被动的声频谱的分析。总之,这些基于声学腔的声学人工结构材料中的新颖物理效应加深了人们对于经典问题与量子问题之间联系的认识,并且有助于新型声学器件的设计,比如声显微镜、声超透镜、声滤波器、声束准直器、声开关、人工耳蜗等等。声学陈绝缘体(由旋气流单元构成的声子晶体)：最近物理系统中针对拓扑性的研究发现了一种新的凝聚态物质形式,它们拥有拓扑保护的边界态和相转变过程,比如基于磁光效应的光子陈绝缘体。然而在其他类型波的系统中,比如声波,由于在天然材料中缺乏类似的与磁性相关的声与物质相互作用的机制,并不能简单地得到拓扑保护的声学边界态。为此,通过在构成声子晶体的环形腔内引入气流,本论文实现了声学中的等效磁场从而获得受能带拓扑性质保护的声学结构。所产生的等效磁场能够破坏系统的时间反演对称性,从而得到具有非零陈数的能带结构,因此可以称这种含有气流的声子晶体为声学陈绝缘体(具有非零陈数的声学系统),并且在这个结构中还发现了拓扑保护的声学边界态,其具有的单向传播性质对任何几何缺陷或杂质均免疫,显示了明显的鲁棒特性。该研究结果有助于促进非磁性拓扑结构研究的进一步发展,并且为控制声学边界态提供了新的有效途径。总之,本论文研究了声学人工结构材料中由于对称性调控、相位调控、模式耦合等引起的一系列新颖物理效应,这些效应不光加深了对于人工结构中声波传播行为的理解,而且为未来新型声学器件的设计提供了研究基础,同时也促进了相关领域光学人工结构材料的发展。
吕道兴[7]1999年在《水声无源材料应用发展研究概述》文中提出水声材料对声呐技术的发展具有十分重要的意义。本文针对声呐工程设计中的需要,较系统地概述了水声无源材料的应用发展趋势。
邱学云, 黄亚伟, 胡家光, 施秀萍[8]2012年在《基于噪声控制的一维声子晶体研究进展》文中研究表明声子晶体是一种具有弹性波带隙的周期性新型复合材料,它具有特殊的带隙特性和声学特性,具有潜在应用价值.文章简要分析了一维声子晶体的叁种基本结构及其叁种简化模型,对一维声子晶体在隔音应用和车内噪声控制两方面的研究成果进行概述,为深入一维声子晶体在噪声控制方面的应用研究提供依据.
黄青青[9]2009年在《列车车轮振动噪声预测与控制研究》文中提出轨道交通是当今世界各国普遍采用的交通运输方式之一,轨道交通与公路交通相比,具有速度高,运能大,能耗低,污染轻,占地少和安全性好等诸多优点,在经济发展中起到了不可忽视的作用。但是轨道交通存在噪声污染问题,轨道交通噪声中轮轨滚动噪声是主要的噪声源,其中车轮振动辐射的噪声又是重要的噪声源,降低车轮的振动及噪声辐射是降低轨道交通噪声的一种有效措施。因此本文对车轮的振动及声辐射特性进行了针对性研究。本文利用有限元和边界元的方法对列车车轮振动辐射噪声展开了以下研究: (1)建立了更加高效的车轮有限元模型——车轮轴对称模型;研究了车轮的振动模态,提高了计算效率。与叁维模型相比,车轮轴对称模型单元数骤降,计算效率剧增,精度不减。研究结果表明车轮的振动模态分为轴向模态和径向模态,可以按节径数进行分类,径向模态可以用节径数n表示,轴向模态可以用节径数n和节圆数m来表示。(2)阐述了模态辐射效率的概念,研究了车轮振动的模态辐射效率。模态辐射效率是结构固有辐射特性的描述,反映了结构振动模态的辐射能力大小,与激励力无关。将模态分析的结果作为边界条件,应用边界元方法分析计算了车轮在50-6000Hz的频率范围的振动模态辐射效率,为预测车轮的噪声辐射奠定基础。(3)提出了一种新的方法预测车轮振动的辐射噪声——基于模态辐射效率计算车轮的辐射噪声。从有限元模态分析入手,阐述了振型迭加法的基本理论,给出了振型参与因子的求解过程,根据振型迭加得到车轮的频率响应函数;用模态分析方法计算车轮在模态坐标下的振动速度响应,然后根据车轮的振动模态声辐射效率计算出各阶振动模态的声辐射功率,进行迭加后便得到车轮声辐射总功率,开发出了计算程序;采用了静止车轮模型和转动车轮模型,并用该程序分别计算了车轮振动的声辐射;这种方法只需要知道车轮的固有辐射特性(模态结果及实测的各阶模态阻尼比)即可预测出车轮的声辐射总功率,可以方便地研究车轮在不同激励下的声辐射,具有很好的通用性。(4)研究了约束阻尼车轮的降噪特性。分析了约束阻尼车轮表面阻尼处理设计的影响要素,通过开发的程序对影响要素进行对比分析,弄清楚了各要素对降噪效果的影响,最后给出了一组较好的设计方案。
魏琦[10]2014年在《基于超构介质的新原理声学器件研究》文中研究指明作为当前声学领域的热点课题,声超构介质的实现和应用正受到广泛关注。声超构介质是一种具有天然媒质所不具备的超常声波传播特性的人工复合结构或复合媒质。声波在其中的传播特性在很大程度上取决于亚波长尺度层次上特殊微结构单元的调制作用,因而会表现出各种奇特现象和物理效应,如负折射、反向多普勒频移等。这些极具利用价值的奇异特性突破了传统声学理论的一些重要概念,给人们提供了自由控制声波传播的手段,为新型声学功能器件的设计提供了全新的思维方法和设计理念,在亚波长分辨率声成像、声隐身、集成声学器件等诸多领域具有重要的应用前景。本文基于声超构介质提出了几种新原理声学器件,并系统地对声波在其中的传播进行了理论和数值研究。主要涉及叁维双负介质声斗篷及其声聚集、声成像和声幻像效应,二维声斗篷的多层结构介质实现,二维任意截面形状声超吸收体和含缺陷零折射率超构介质对声透射的调控。在第一章中,回顾了本文有关的实验和理论研究背景,介绍了声超构介质中声传播的研究内容和进展,并概述了本文研究工作的主要内容。在第二章中,利用变换声学原理设计了一种叁维球状声斗篷,并通过有限元数值模拟、几何声学和严格散射理论分析了该斗篷的隐身效果。数值与理论结果均表明该声斗篷具有完美的声隐身效果。隐身效果的产生归结于双负声学参数所引起的空间变换效应。该声斗篷也可视作一种声能集中器,其具有比同尺寸正材料声能集中器大得多的声强增强系数。声斗篷还能对位于被隐身区域内的物体完美成像,声像具有更大的几何尺寸及声学参数。结合声斗篷的成像效应和外置型声斗篷的理念,最后提出了一种声幻像器,它可以任意地将一个物体从声学上变成另一个物体。在第叁章中,将层状结构介质应用于二维“非双盲”声斗篷的设计中。通过有限元数值模拟和严格散射理论分析计算了系统的近场声压分布和远场散射强度,数值与理论结果一致。详细讨论了入射声波波阵面形状、薄层厚度、声波波长、被遮蔽物体性质等对隐身性能的影响。研究发现,该设计可在低频较宽的频带范围内显着降低被遮蔽区域的声散射截面。在此频率区间内,声信号散射截面随着频率的提高而非线性增加,其截止频率由薄层厚度决定。另外,被隐身物体能正常地与外界交换信息,克服了传统声斗篷的“双盲”缺点。在第四章中,基于变换声学提出了一种二维柱状任意截面形状声超吸收体并对其吸声性能进行了系统的研究。特殊的双负材料参数分布使得该声超吸收体具有远大于其自身几何尺寸的等效吸收截面。具体讨论了圆形声超吸收体和方形声超吸收体的吸声效果。理论与数值结果均表明该声超吸收体具有扩大的等效吸声截面,从而使其具有较宽的工作频带。基于声超吸收体,设计了一种通风隔声窗,它可以有效隔离环境噪声并保持空气的自由流通。在第五章中,研究了声波在含缺陷零折射率超构介质中的透射问题,获得了声波的全透射、全反射和部分透射。利用严格的理论声学分析,分别得出了零折射率超构介质内含不规则形状缺陷和圆形缺陷时的声压透射系数。理论结果表明,该系统的声压透射系数与入射声波的频率、零折射率超构介质的声学参数和几何参数以及缺陷的声学参数和几何参数均有关系。因此,可以通过调整这些参数来任意地调控声波的透射率。随后,使用有限元方法计算了该系统的声透射问题,结果与理论分析结果吻合。研究中还观察到了声隐身现象和超反射现象。零折射率超构介质对声传输的优异调控性能源自于其内禀物理特性,即它内部的声压场为准静态场。在第六章中,对全文进行了简单的总结和展望。总之,通过理论分析和数值分析,系统地研究了几种基于声超构介质的新原理声学器件。将超构介质的声传播研究和新型声学功能器件的研究结合起来,从理论探索和实践应用的角度均具有重要的意义。
参考文献：
[1]. 橡胶声屏蔽性能的研究[D]. 张德志. 浙江大学. 2004
[2]. 颗粒浓度对声屏蔽装置吸声性能的影响[J]. 郭有松, 宋扬, 朴盛春. 舰船科学技术. 2011
[3]. 超表面对声波波前的调控研究[D]. 唐昆. 武汉大学. 2016
[4]. 一维声子晶体应用探索[J]. 邱学云, 黄亚伟, 胡家光, 施秀萍. 曲靖师范学院学报. 2011
[5]. 多组声子晶体复合结构的隔声性能[J]. 曾广武, 肖伟, 程远胜. 振动与冲击. 2007
[6]. 声学人工结构材料及其物理效应的研究[D]. 倪旭. 南京大学. 2015
[7]. 水声无源材料应用发展研究概述[J]. 吕道兴. 声学与电子工程. 1999
[8]. 基于噪声控制的一维声子晶体研究进展[J]. 邱学云, 黄亚伟, 胡家光, 施秀萍. 红河学院学报. 2012
[9]. 列车车轮振动噪声预测与控制研究[D]. 黄青青. 上海交通大学. 2009
[10]. 基于超构介质的新原理声学器件研究[D]. 魏琦. 南京大学. 2014
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