开发基于亥姆霍兹谐振腔的通风吸声超材料创新性实验

通风吸声超材料是目前解决通风降噪问题的热点研究,可围绕通风吸声超材料的研究方案开展大学物理实验教学。本研究方案采用有限元仿真软件COMSOL Multiphysics理论建模并计算,优化设计基于不完美亥姆霍兹谐振腔的通风吸声超材料,该超材料在调整结构参数后能在低频噪音下实现宽频吸收;利用3D打印技术打印超材料结构,并采用突破黑匣子的实验装置定量测量声学超材料的吸声性能。本文将前沿、热点研究引入大学物理实验教学,模拟、还原科学研究的过程,增强实验的高阶性、创新性和挑战度,采用“小组式自主探究+答辩汇报”的教学模式,全面提升学生的“5C”核心能力。

低介电片状FeNi吸波剂的山嵛酸辅助制备及其织构行为

目的在吸波剂表面化学吸附一层绝缘小分子,制备低介电常数且耐腐蚀的低频吸波剂。方法通过机械化学处理活化合金粒子表面,增强山嵛酸与合金粒子间形成的化学吸附,从而制备具有低介电常数、光滑表面、高晶粒取向度和耐腐蚀的片状Fe50Ni50@山嵛酸吸波剂。结果形成的山嵛酸包覆层可调控球磨过程中粉体间的冷焊效应和粉体受到的外界载荷,诱导Fe50Ni50粉体沿{111}晶面的滑移,促使粉体内形成{001}面织构。同时,绝缘且疏水的山嵛酸包覆层可阻碍粉体间导电网络的形成,降低片状Fe50Ni50吸波剂的介电常数,使粉体兼具低介电常数、高磁导率和耐腐蚀能力。结论Fe50Ni50@山嵛酸吸波剂粒子展现出良好的低频吸波性能和耐腐蚀能力,为发展兼具优良耐环境性能和低频强吸收能力的新型吸波材料提供了一种思路。

高阶微穿孔型超材料低频宽带吸声机理

针对现有低频噪声控制的迫切需要,提出了一种高阶微穿孔型超材料结构,解释了其低频宽带吸声机理,并设计了新型的高阶微穿孔型低频宽带吸声超材料,在300~3 000 Hz的频率范围内表现出连续优异的吸声特性。设计了单个单元的吸声结构,通过在传统的微穿孔超材料内部增加穿孔板的方式,激发高阶特性,对比发现,高阶微穿孔型超材料实现了对高阶峰值的灵活调整。使用理论公式和有限元仿真,建立单元结构的计算模型计算单元的吸声系数,对结构进行吸声机理分析,同时分析了典型结构参数对于吸声特性的影响规律;在此基础上,通过单元间的严格耦合,设计了一种9单元宽带吸声结构,并进行实验验证。实验结果表明,该材料总体厚度为106.1 mm,在300~3 000 Hz的频率范围内获得了连续优异的带宽,平均吸声系数达到90%以上。该结构具有亚波长厚度的低频宽带吸声特性,在汽车、飞机、轮船等噪声环境中,具有广阔的减震降噪的工程应用前景。

内插缝Helmholtz共振腔吸声超结构的机理分析与优化设计

低频噪声一直是噪声控制领域比较棘手的问题,近年来吸声超结构的蓬勃发展为低频噪声控制提供了新理念.本文提出了一种内插缝Helmholtz共振腔吸声超结构,建立了其吸声特性计算的理论解析方法,并与数值计算方法对比,验证了解析方法的有效性.随后,从吸声曲线、简化等效模型、归一化声阻抗、声压云图与质点速度分布等多角度对吸声特性及吸声机理进行了深入分析.进一步,采用差分优化算法开展了多元胞并联耦合宽带优化设计,优化后典型超结构实现了90 mm厚度下在170—380 Hz低频段内平均吸声系数达到0.86的优异吸声效果.最后,制备了若干样件,开展吸声测试,实验结果与理论结果符合良好,验证了解析建模与优化设计方法的准确性.本文提出的内插缝Helmholtz共振腔吸声超结构具有结构简单、低频吸声性能好,且易于加工制造等特点,在低频噪声控制领域具有广阔的应用前景.

硅溶胶改性的绿色环保室内吸声材料制备与性能研究

为同时达到缓解噪音污染和环境污染的目的,利用针叶木纤维、硅溶胶、苯丙乳液、十二烷基苯磺酸钠、发泡浆料等原材料制备了一种室内绿色环保可降解吸声材料,并对材料的吸声性能进行了研究。结果表明,利用硅溶胶对吸声材料进行改性,可显著提升材料的力学性能和吸声性能,当硅溶胶掺量为8%时,可达到材料孔隙结构和吸声效果的最优平衡;增大植物纤维密度和厚度,可以提升材料在中低频率下的吸声系数,但对于中高频率的吸声性能提升效果并不显著;Delany-Bazley模型能够较为准确地预测不同流阻率植物纤维基吸声材料的吸声系数,预测值与试验数据平均误差仅为1.8%。

多孔型声学超材料低频宽带吸声特性分析

针对城市道路低频噪声治理困难的问题,基于亥姆霍兹共振器提出将一种多孔型声学超材料用于交通声屏障的内部材料,以拓宽频带并增强吸声效果。采用有限元法建立声学超材料单元胞模型,并分析穿孔结构及其他参数对吸声性能的影响。研究结果表明,在500 Hz以下的低频范围内,穿孔结构改变了声波在多孔材料中的传播路径,有效提升了吸声效率和性能,且在引入弹性薄板后,吸声带宽进一步拓宽,整体吸声效果显著增强。该研究可为声屏障内部吸声结构设计提供借鉴。

变电站降噪用铝纤维吸声材料

随着城市化进程以及电力工业的快速发展,变电站环境噪声对附近居民的影响日益突出。分析不同类型变电站噪声源的特点,研究铝纤维吸声板的面密度、空腔厚度及纤维种类等结构参数对其吸声性能的影响规律。结果表明,面密度为484 g/m2、空腔厚度为8 cm的自研切削铝纤维吸声板的综合吸声效果和技术经济性较好,适用于变电站低频降噪。介绍自研切削铝纤维吸声板在城市110 kV室内变电站噪声治理中的应用,阐述其与微穿孔板复合的新型吸声结构在输变电设施,特别是变电站噪声综合治理中的良好降噪效果和广泛应用前景。

低频吸波材料研究进展

低频吸波材料在民用与军事领域有着广泛的应用,加强吸波材料在低频波段的研究有着非常重要的意义。针对目前吸波材料存在的低频瓶颈,综述了国内外吸波材料在低频波段的研究进展,包括非晶态合金、铁氧体吸波材料、金属微粉吸波材料、纳米吸波材料,最后展望了低频吸波材料的发展趋势。

非织造多孔吸声材料的发展与研究现状

介绍非织造多孔吸声材料的特点及影响因素。阐述了多孔吸声材料的吸声机理和评价指标,介绍了非织造多孔吸声材料的特点和种类划分。结合前人的研究,分析了影响非织造多孔材料吸声性能的因素,并介绍了当前非织造多孔吸声材料的研究现状和发展趋势。

低频吸声材料的研究进展

介绍了4种典型低频吸声材料的研究进展,包括穿孔板复合材料、金属泡沫复合材料、声学超材料、金属纤维多孔复合材料。穿孔板、金属泡沫材料、金属纤维多孔材料均存在单独使用时,中高频吸声性能好,低频吸声性能差的缺点,为解决低频噪声治理难的问题,利用两种或多种材料进行复合,添加空气层,增加薄膜材料等等,得到了低频性能优异的新型低频吸声材料及结构。限域空间对吸声材料提出了小尺寸的要求,并从机械加工性、使用寿命和批量生产等综合考虑,金属纤维多孔复合材料是治理低频噪声最具发展前景的应用型材料。

薄膜材料吸声性能数值模拟

为了研究薄膜材料的吸声性能,对带空腔的单层薄膜、双层薄膜及未带空腔的双层薄膜的吸声性能进行了数值模拟。在其它参数保持不变时,随着薄膜材料的质量密度和空腔深度的增加,共振频率逐渐向低频方向移动。带空腔的双层薄膜吸声结构的吸声带宽明显高于单层薄膜的吸声带宽;未带空腔的双层薄膜吸声结构在频率低于一定值时,吸声系数可以保持常数不变。

微缝卷曲耦合低频吸声超材料研究

低频噪声吸收长期以来都是一个具有挑战性的课题,当前热点研究的声学超材料因其新颖的物理特性,能够有效的解决低频噪声的吸收问题。设计了一种微缝卷曲耦合低频吸声超材料,首次建立了微缝与卷曲通道的耦合吸声理论模型与有限元模型,并进行了试验验证,分析了结构的吸声特性与吸声机理,最后通过并联两个峰值频率不同的吸声单体协同耦合拓宽吸声带宽。研究结果表明:该结构在共振频率420 Hz处取得97%的声波能量吸收,此时结构总厚度(27 mm)为共振频率下对应工作波长的1/30,具有良好的亚波长尺度特性;试验结果良好;结构的吸声带宽被拓宽至49%,实现了低频宽带吸声。该吸声超材料结构简单,易于加工制造,在低频噪声控制工程领域中具有实际应用前景。

梯度结构活性碳纤维毡吸声性能分析

为研究梯度结构活性碳纤维毡的吸声性能,选取5种不同密度的粘胶基活性碳纤维毡,两两组合构成梯度结构,借助阻抗管在250~6300 Hz频率声波范围内,对梯度结构活性碳纤维毡法向入射吸声系数进行测试,分析梯度方向、密度、结构对吸声性能的影响。结果表明:总密度相同的情况下,在低频段单一结构活性碳纤维毡吸声性能比正梯度结构好,但比倒梯度结构差,而在高频段单一结构吸声性能比正梯度结构差,但比倒梯度结构好;总密度不同的情况下,在低频段随着梯度结构总密度的增加,其吸声系数增加,而在高频段随着梯度结构第1层密度的增加,其吸声系数减小;随着活性碳纤维毡第1层密度的增加,第一共振频率向低频移动,随着总密度的增加,第一共振吸声系数增加。

嵌入分形频率选择表面的低频超薄吸波层的设计(英文)

研究了频率选择表面对超薄多层微波吸波体在低频(L和S频段)吸波性能的影响.分别采用硫化工艺和激光刻蚀方法制备出传统的微波吸收材料(MAM)——橡胶板和FSS层,然后利用它们合成多层微波吸波体(MMA)样品,在NRL弓形法测试系统中测量该样品的反射率.发现随着FSS层在传统吸波材料层中的引入,确实可以增强整个多层吸波体在低频段的吸波性能.实验结果显示,当两个FSS层在多层吸波体中适当排列时,可以在1 GHz得到一个–3.49 dB的反射率峰值,最大反射峰值可达–9.35 dB,这时的样品厚度是1.8 mm.本研究为吸波材料的吸波性能向低频段的拓展提供了一种有效的方法.

嵌入粘弹性包覆层的吸声覆盖层低频性能研究(英文)

在单层粘弹性圆柱管吸声覆盖层的基础上,发展了嵌入低剪切波波速包覆层即双层粘弹性圆柱管的吸声结构的理论模型。推导了轴对称波特征方程的低频近似解,并根据牛顿迭代法进一步计算精确解,为吸声覆盖层的低频性能快速预报提供基础。数值分析表明包覆层嵌入比例的增加、或者包覆材料剪切波速的减小能有效地改善低频吸声性能。

吸波材料包覆研究进展在雷达波低频上的应用

通过各种包覆手段形成的核壳结构吸波材料，不仅可增强吸收剂的耐高温性、抗氧化性、抗腐蚀性性能，还能通过降低介电常数，改善阻抗匹配，大大提高吸波材料的吸波性能。对铁氧体，陶瓷、金属及其合金作为包覆的核一壳结构吸波材料的国内外研究现状进行总结，并针对目前雷达波低频1～4GHz吸波材料的研究热点，探讨包覆研究对雷达波低频吸波材料吸波性能的影响，发现适当的对吸波材料进行包覆处理，有利于提高其在雷达波低频频段的吸波特性。

穿孔膜与扬声器组合结构吸声性能研究

针对穿孔膜结构低频吸声能力不足问题提出穿孔膜-扬声器复合吸声结构。将扬声器放置于穿孔膜结构后端组成复合吸声结构,可改善结构的低频吸声性能。利用传递矩阵方法建立复合结构吸声理论模型,通过数值计算软件对其吸声性能进行数值计算,并通过阻抗管实验对复合吸声结构的声学性能进行验证,结果显示复合吸声结构的理论和实验变化规律基本一致。扬声器在低频段引入一个吸声峰,调节扬声器的背腔深度可以扩大复合结构的吸声带宽,调节穿孔膜的背腔深度可以使吸声峰值向低频方向移动。合理地设计扬声器和穿孔膜的背腔深度,可以实现结构的高效低频吸声。

高架公路新型泡沫铝隔音屏的研究

利用东北大学生产的泡沫铝材料制作了新型泡沫铝隔音屏,研究了新型泡沫铝隔音屏合理结构,测试了新型泡沫铝隔音屏的隔音效果。结果表明：新型泡沫铝隔音屏在低频段具有良好的隔音效果,可将环境噪音降低20~30dB,表明其是一种非常先进的隔音屏,具有很好的应用前景。

吸音材料应用研究进展

概述吸音材料类型及吸音的原理,重点介绍近十年来国内吸音材料在低频吸声领域应用技术方面的研究成果,并提出今后努力的方向及相关建议。

可控源音频大地电磁测深法在中低温对流型地热田勘查中的应用

中低温对流型地热资源广泛分布于我国东部沿海地区,是我国主要的地热资源类型。为了进一步开发中低温对流型地热资源,通常需要对其进行地球物理勘查,可控源音频大地电磁测深是目前地热资源勘查的主要手段。本次研究采用可控源音频大地电磁测深法对岫岩沟汤温泉、凤城东沟温泉和海城西荒地地热田进行勘察,结果表明,可控源音频大地电磁测深结果能够形象地描绘出该类地热田深部和浅部热储空间展布及与之相关的热循环系统的分布情况,可为进一步的地热资源开发提供可靠依据。