| 基于压电材料的薄膜声学超材料隔声性能研究 |
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| 引用本文： | 贺子厚,赵静波,姚宏,蒋娟娜,陈鑫. 基于压电材料的薄膜声学超材料隔声性能研究[J]. 物理学报, 2019, 0(13): 173-184 |
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| 作者姓名： | 贺子厚 赵静波 姚宏 蒋娟娜 陈鑫 |
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| 作者单位： | 空军工程大学研究生院;空军工程大学基础部 |
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| 基金项目： | 国家自然科学基金(批准号:11504429)资助的课题~~ |
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| 摘 要： | 针对低频噪声的隔离问题,设计了一种基于压电材料的可调控薄膜声学超材料,该材料由压电质量块嵌入弹性薄膜制成.建立了材料的有限元分析模型,并且计算了材料的各阶特征频率与20-1200 Hz频段的传输损失曲线,并通过实验验证了有限元计算的真实性.计算结果表明:此声学超材料在20-1200 Hz频段内隔声性能良好,存在两个50 dB以上的隔声峰与一个可调式的隔声峰.通过分析简单结构的首阶共振模态并构建其等效模型,从理论上探究了结构参数对薄膜声学超材料隔声性能的影响,并通过有限元计算验证了其等效模型的正确性;综合分析材料的特征频率与传输损失曲线,进一步讨论了结构的隔声机理,分析结果表明,在特征频率处,薄膜的“拍动”会导致声波在其后的传播过程中干涉相消,实现声波的衰减;通过Fano共振理论,探究了各共振点处传输损失曲线特征不同的原因;压电质量块与外接电路组成LC振荡电路,在电路的共振频率处,压电材料的振动可以吸收声波的能量从而造成一个隔声峰,同时可以改变外接电路的参数来调整电路的共振频率,从而实现对隔声性能的调控.最后,探究了压电质量块偏心量对材料性能的影响,并通过有限元计算验证了材料隔声性能的可调性.研究结果为可调式薄膜声学超材料的设计提供了理论参考.
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| 关 键 词： | 压电材料 薄膜声学超材料 有限元法 |
Sound insulation performance of thin-film acoustic metamaterials based on piezoelectric materials |
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| He Zi -Hou,Zhao Jing -Bo,Yao Hong,Jiang Juan -Na,Chen Xin. Sound insulation performance of thin-film acoustic metamaterials based on piezoelectric materials[J]. Acta Physica Sinica, 2019, 0(13): 173-184 |
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| Authors: | He Zi -Hou Zhao Jing -Bo Yao Hong Jiang Juan -Na Chen Xin |
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| Affiliation: | (Graduate School,Air Force Engineering University,Xi'an 710051,China;Department of Basic,Air Force Engineering University,Xi'an 710051,China) |
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| Abstract: | He Zi -Hou;Zhao Jing -Bo;Yao Hong;Jiang Juan -Na;Chen Xin(Graduate School,Air Force Engineering University,Xi'an 710051,China;Department of Basic,Air Force Engineering University,Xi'an 710051,China) |
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| Keywords: | piezoelectricmaterials thin film acoustic metamaterials finite element method |
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