基于亥姆霍兹共振与空间盘绕的组合型隔音通风超结构的设计及优化

噪声污染问题在当今社会已日益严重。为了满足人们对居住环境既可隔音又能通风的需求,现提出一种新型可通风的隔音降噪声学超结构。该结构同时考虑了亥姆霍兹共振与空间盘绕两种隔声机理。通过实验和数值仿真计算,在保持25%高通风率的同时,最大声音传输损耗在峰值处可达20 dB。600~1000 Hz中低频率范围出现了宽带,传输损耗值为8~10 dB;在1000 Hz以上的频率范围出现了一个较为平缓的曲线,全都保持着12 dB以上的传输损耗。为了获得更好的隔音效果,详细讨论了各几何参数对声音传输损耗的影响。最后,通过遗传算法对该结构几何参数进行优化,实现了更佳的宽带低频隔音效果。该结构将在声学工程领域中表现出巨大的应用潜力。

空间盘绕型声学超材料的亚波长拓扑谷自旋态

声子晶体的Dirac线性色散关系,使其具有奇特的声拓扑特性,在声波控制领域具有良好的应用前景.目前,声子晶体的拓扑边缘态主要基于Bragg散射所产生的能带结构,难以实现低频声波的受拓扑保护单向边缘传输.本文引入空间盘绕结构,设计了具有C_(3v)对称性的空间盘绕型声学超材料,并研究其布里渊区高对称点(K/K'点)的亚波长Dirac锥形线性色散.接着,通过旋转打破空间盘绕型声学超材料的镜像对称性,使其Dirac简并锥裂开而产生亚波长拓扑相变和亚波长拓扑谷自旋态.最后,采用拓扑相位互逆的声学超材料构造拓扑界面,实现声拓扑谷自旋传输.空间盘绕型声学超材料的亚波长Dirac线性色散与亚波长拓扑谷自旋态突破了声子拓扑绝缘体的几何尺寸限制,为声拓扑稳健传输在低频段的应用提供理论基础.

基于Hilbert分形的亚波长空间盘绕型声学超材料

声学超材料因其自然界不存在的奇特性能而展现良好的工程应用前景.本文借鉴自相似分形技术在仿生材料设计领域的成功经验,将Hilbert分形结构应用于亚波长空间盘绕型声学超材料设计.即采用Hilbert分形曲线设计卷曲的声波传播通道,以延长声波传播路径,获取超慢等效声速.能带结构及传递函数的分析结果表明,随着Hilbert分形阶数增加,第一阶带隙频率逐渐降低,且其标准频率远小于1.此外,随着Hilbert分形阶数增加,带隙数量逐渐增多,且总带隙宽度逐渐变大.因此,基于高阶Hilbert分形的空间盘绕型声学超材料为亚波长、多带隙声学滤波器的设计提供了新思路.

盘绕式空间伸展臂连续纵杆大转角纯弯曲试验

盘绕式空间伸展臂连续纵杆在收展过程中受力和变形复杂。为研究纵杆的弯曲行为,研制了大变形大转角纯弯曲试验机构,机构通过加载小车转动和平移对试件施加纯弯矩。利用研制的试验装置,对玻璃纤维增强复合材料纵杆试件进行试验。试验测得了纵杆的载荷-位移曲线,然后计算得到弯矩-曲率关系及变形的几何限制、弯曲刚度。本文研究对盘绕式空间伸展臂的设计具有参考价值。