基于压电材料的薄膜声学超材料隔声性能研究

• 作者: 姚宏 蒋娟娜 贺子厚 赵静波 陈鑫
• 来源期刊: 物理学报
• 关键词: 压电材料 薄膜声学超材料 有限元法
• 年，卷（期）: 2019,（13）
• 所属期刊栏目: 电磁学、光学、声学、传热学、经典力学和流体动力学
• 页码范围: 173-184
• 页数: 12页
• 字数: 6447字
• 语种: 中文
• DOI: 10.7498/aps.68.20190245

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.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	陈鑫	空军工程大学基础部	54	186	7.0	11.0
2	赵静波	空军工程大学基础部	26	58	5.0	6.0
3	蒋娟娜	空军工程大学基础部	14	20	3.0	4.0
4	姚宏	空军工程大学基础部	66	307	10.0	13.0
5	贺子厚	空军工程大学研究生院	11	7	2.0	2.0