论文摘要
噪声是当今的四大污染之一,严重的影响着人们的身心健康,如何更有效的进行噪声控制一直是人们关注的问题。而隔声是噪声控制的最常用方法,传统的基于质量定理即面密度越大隔声性能越好的隔声技术是通过屏障物对声波的反射和吸收来减少噪声传播。声子晶体是具有弹性波禁带特性的周期性弹性介质材料,处于禁带频率范围内的振动或声波被禁止在声子晶体中传播。声子晶体的这种弹性波带隙特性为隔声技术的发展提供了一种新的思路。并且基于声子晶体的隔音装置同传统的相比具有禁带频率可设计、针对性强、效果好的优点。本文在掌握了声子晶体研究现状及基本理论基础上,应用集中质量法对一维二组元声子晶体的第一禁带宽度和第一禁带起始频率的影响因素进行了分析研究,计算了优选的声子晶体组合的隔声量,最后在禁带范围内同传统的隔声构件进行了隔声量的比较。主要的研究内容与结论包括:(1)应用集中质量法分析了影响无阻尼一维声子晶体第一禁带起始频率和第一禁带宽度的主要因素,具体包括晶胞材料弹性模量比率,晶胞材料的组分比率,晶胞厚度,材料密度比率。分析表明:当各项条件确定时,随着材料弹性模量比率数量级的提高,声子晶体的第一禁带频率和禁带宽度都会降低明显,其中弹性模量比率数量级的微小变化对第一禁带初始频率和第一禁带宽度有着极大的影响;某些材料组成的声子晶体组分比率约为某一值时禁带初始频率最低,此时第一禁带宽度达到最大;晶胞厚度越厚禁带起始频率越低,第一禁带宽度越窄;对晶胞材料密度比差别分析表明,只有在材料的密度比差别很小时对第一禁带起始频率才会有明显的影响,当材料密度比过大,效果不明显,相同的影响在对第一禁带宽度方面也存在。在以上的各种影响因素中弹性模量比率的变化对声子晶体禁带初始频率的影响最大。(2)应用集中质量法研究分析了二维二组元声子晶体在大弹性模量比值情况下禁带起始频率。指出弹性模量比率仍然影响二维二组元声子晶体第一禁带初始频率。(3)基于以上的研究分析对传统的一维声子晶体组成形式重新进行了调整,提出了解决声子晶体在应用中问题的方法。改变以前一维声子晶体中金属/金属组合,采用非金属/非金属,金属/非金属组合同时要求组合形式中声子晶体的材料的弹性模量比率的数量级要尽可能的大,材料的密度接近。(4)查阅现有关于声子晶体研究文献,汇总目前研究的材料。基于以上对一维二组元声子晶体第一禁带起始频率和禁带宽度影响因素的研究分析,计算了由汇总材料优化组合的无阻尼一维二组元声子晶体在有限层条件下的隔声量,并且同相同面密度的隔声构件进行隔声量比较。