声子晶体理论在建筑隔声板材中的应用性研究

论文摘要

噪声危害越来越受到各国政府和人们的关注,尤其是在低频部分的。目前建筑墙体多为非承重的轻质墙体,有相当部分的不能满足住宅分户墙的最低隔声要求;且按传统的隔声质量定律难以有效地提高在低频部分的隔声量;因而声子晶体产生带隙的特点足可以应用到建筑隔声领域,使隔声性能提高,尤其是在低频部分的。本文利用有限元分析软件,仿真了多种新型声子晶体隔声材料,对其隔声量以及部分影响因素进行了分析,且最终优化设计了一组样品进行实验验证。本文主要研究内容及成果如下:声子晶体新型隔声材料驻波管测试建模。本文首先基于NASTRAN和SYSNOISE有限元软件建立新型隔声材料的驻波管测试系统模型,并用单层匀质材料和一参考文献中的实验数据分别验证本测试系统正确可靠性。研究散射体和基体弹性模量E值对新型隔声材料TL值的影响。利用本测试模型首先对1维2、3组元分别进行基体和散射体的弹性模量值变化对相应的新型材料隔声量带来的变化进行分析;接着对2维2、3组元以及首次提出的4组元分别也进行了同样的分析。结果发现:在2000Hz下,散射体材料和基体材料的E值对其TL值影响很小,基本不影响;新材料低频部分的平均隔声量要比同面密度计算的大5~10dB。研究组元布局和结构布局对隔声量的影响。对2维2组元逐一增加到3组元的隔声量进行比较分析,发现不论是单一组元还是混合组元分布情况下,各组元的分布越均匀TL值越大,主要表现在非禁带处,在低频禁带处则表现不明显;声子晶体隔声材料的整体质量对禁带处的TL值影响不大,而对非禁带处的TL值影响较大;混合组元要比单一组元的隔声量好。进行实验设计,模拟值与实测值对比分析。对多种实验方案的优化,最终选择有机玻璃、玻璃胶和钢筋制成的新型隔声材料样品进行实验。结果表明:实测值曲线比模拟值曲线提前165Hz在低频发生了禁带;禁带过后伴随吻合效应发生;新型隔声材料确实比相应的同面密度匀质材料的平均隔声量要高6.62dB,在100~500Hz内平均隔声量相差却高达8.272dB;表明隔声量的提高完全可以突破隔声质量定律,尤其是在低频部分;同时也表明了本测试模型对复杂的声子晶体材料也是正确可行且可信的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题研究目的及意义
• 1.3 国内外研究现状分析
• 1.3.1 建筑隔声现状、研究现状与分析
• 1.3.2 基于声子晶体新型隔声技术研究现状及分析
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 新型声子晶体隔声材料驻波管测试建模
• 2.1 引言
• 2.2 四传感器驻波管测试原理
• 2.3 声子晶体隔声材料驻波管测试有限元建模
• 2.3.1 NASTRAN 及SYSNOISE 软件介绍
• 2.3.2 NASTRAN 和SYSNOISE 联合建立新型材料测试模型
• 2.4 声子晶体隔声材料驻波管测试模型的正确性验证
• 2.4.1 用匀质材料的隔声量理论公式来验证
• 2.4.2 用某匀质材料的隔声量实验数据来验证
• 2.5 本章小结
• 第3章 散射体和基体的弹性模量对隔声量的影响
• 3.1 引言
• 3.2 1 维声子晶体隔声材料E 值变化对其TL 值的影响
• 3.2.1 基体材料的E 值变化对其TL 值的影响
• 3.2.2 散射体材料的E 值变化对其TL 值的影响
• 3.3 2 维声子晶体隔声材料E 值变化对其TL 值的影响
• 3.3.1 基体材料的E 值变化对其TL 值的影响
• 3.3.2 散射体材料的E 值变化对其TL 值的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 组元布局与结构布局对隔声量的影响
• 4.1 引言
• 4.2 组元布局对2 维声子晶体隔声材料TL 值的影响
• 4.2.1 2 维混合组元各型号模型及相应的TL 模拟值图
• 4.2.2 2 维混合组元隔声量模拟值对比分析
• 4.3 讨论声子晶体隔声材料整体质量对其 TL 值的影响
• 4.4 同一填充率下，结构布局对其相应材料TL 值的影响
• 4.5 本章小结
• 第5章 实验设计、模拟值与实验值对比分析
• 5.1 引言
• 5.2 实验制作
• 5.2.1 实验优化、所需材料和设备
• 5.2.2 样品加工工艺流程
• 5.2.3 实验样品加工图设计
• 5.3 声学测试及结果分析
• 5.3.1 实验样品声学测试设备及测试报告
• 5.3.2 实验样品结果分析
• 5.3.3 实验值与模拟值存在些差异的原因分析
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢