复合板类结构声学超表面设计的降噪特性与作用机理研究

Plates have numerous applications in aircraft, ships and high speed trains. To improve the sound and vibration environment of vehicles, a preliminary but effective work is the study of how to reduce the vibration and sound of the plates. The improvement of low frequency acoustic properties of the plates is still a hard problem for the noise control of the plate structures. Recently, the research of acoustic metamaterials receives much attention. Multi new physical properties can be obtained, including the stop bands, negative effective density mass/elastic modulus and so on. This concept provides some new approaches for the reduction of vibration and noise in engineering. Much work about acoustic metamaterials has been carried out. However, aimed at the noise control of the plates, there are many problems needing to be solved. In this project, the concept of acoustic metamaterials and the design of structure-acoustic coupling surface are combined. A new type of acoustic metasurface is proposed for the control of sound radiation and sound transmission of plate structures. The reduction properties, the associated paramedic influences on the sound properties and the attenuation mechanism are studied. Further, aimed at the reduction of multi harmonic frequency noise and broad band noise, the improved design of the acoustic metasurface is concerned. The enhancement from the design is analysed. Via the research of this project, some new approaches for the noise control of the plate structures and the vehicle cabins will be developed.

板类结构在飞行器、舰船、高速列车等装备中应用广泛，是组成相关装备舱体结构的重要组成部分，其振动与噪声的抑制，对改善装备声振环境具有重要意义。就板结构降噪研究而言，其低频声学性能改善仍然是现阶段的难点与热点。近年来，声学超材料的研究受到了广泛关注，其具有弹性波禁带、负等效参数等多种新的物理效应，可以为减振降噪提供新的思路。目前，虽然学术界已经开展了大量超材料研究工作，但在用其进行板结构降噪方面，还有大量工作需要推进。本项目拟结合声学超材料与结构-声耦合表面设计思想，设计一种新型的声学超表面结构，用于板类结构声辐射与声透射抑制。研究中将首先对其降噪特性、作用机理以及参数影响规律进行分析，进而，针对低频段多频线谱噪声、宽频噪声等，进行结构改进设计与降噪效果分析。项目将拓展声学超表面研究范畴，并为板结构降噪设计以及装备舱内噪声控制提供新的技术途径。

板类结构在飞行器、舰船、高速列车等装备中应用广泛，是组成相关装备舱体结构的重要组成部分，其振动与噪声的抑制，对改善装备声振环境具有重要意义。目前，板结构低频声学性能改善仍然是相关领域研究的难点与热点，声学超材料为相关减振降噪提供了新的技术途径。. 本项目结合声学超材料、结构-声耦合表面设计与声波相位调控思想，提出一种新的用于板结构降噪的声学超表面设计方法，并分别开展基础型、复合型声学超表面降噪设计研究，以及基于声学超表面设计的舱室壁板降噪研究，系统分析其结构声辐射、声透射特性与降噪效果，揭示相关物理效应的形成机理与参数影响规律。项目研究取得的主要结果及其科学意义包括：a）建立了利用基础型声学超表面设计进行板结构降噪的技术指导，包括结构形式、关键参数、作用机理等，给出了典型降噪研究结果与参数影响规律，并为声学超表面降噪设计提供了基础支撑；b）建立了利用复合型声学超表面设计进行板结构降噪的技术指导，包括结构形式、关键参数、作用机理等，给出了典型降噪研究结果与参数影响规律，为声学超表面降噪性能改善以及多频、宽频降噪等提供了进一步支撑与借鉴；c）开展了将声学超表面设计用于舱室壁板的降噪研究，对声学超表面使用位置、参数设计影响等进行了探讨，并提出了使用建议，给出了典型降噪研究结果；d）通过声学风洞试验，开展了声学超表面设计用于流致振动与噪声控制的探索研究与验证。总体而言，本项目研究进一步拓展了声学超材料设计理念与研究范畴，并可以为板结构低频、宽带、高效、轻质降噪设计，以及装备舱室、建筑隔声等噪声控制设计与应用提供新的技术支撑与借鉴。