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薄膜声学超材料低频隔声研究

2021-04-16胡超楠林国昌姚永涛

机械设计与制造工程 2021年3期
关键词:质量

袁 伟,胡超楠,林国昌,姚永涛

(1.上海飞机设计研究院,上海 201210) (2.特种环境复合材料技术国防科技重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150001)

噪声充斥于日常生活与工程应用的各个领域。日常生活中的噪声不但会影响人们的日常工作与学习,还会影响人类的健康;而工程应用领域的噪声会影响设备的使用,缩短使用寿命,造成财产损失,甚至会导致严重的事故,因此降低噪声尤为重要。

当传播的声波经过障碍物时,会发生反射、透射和能量损耗等一系列过程导致声能降低,这个过程称为隔声。在隔声领域,高频噪声属于易于隔离的频段噪声,使用传统材料隔音板或隔音墙便可达到良好的隔声效果。低频噪声具有波长大、极具穿透性、传播距离远等特点,由于质量定律的作用,与高频隔声相比,传统隔声材料需具有更大的宏观尺寸,使得成本增加,空间占用增大,且隔声效果差。

近年来,声学超材料的提出为解决这一难题提供了新思路。在声学领域,人为设计和构造声学结构,使其具有自然材料所不具备的特殊功能,从而有效地调控声波,这种人工制造的材料被称为声学超材料。声学超材料是具有负等效质量密度和负等效体积模量的人造亚波长结构,可实现特殊的声波特性,如声波的负折射、声聚焦、超透镜、声隐身等[1]。声学超材料通过布拉格散射和局域共振的原理,使得小尺寸控制大波长(结构胞元尺寸小于声波波长)成为可能。2000年Liu等[2]利用硅胶包裹铅块嵌入环氧树脂体中首先制造出声学超材料。……

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