一种多层耦合板型声学超材料的插入损失计算方法技术

本发明专利技术公开一种多层耦合板型声学超材料的插入损失计算方法，包括：构建多层耦合板型声学超材料与均质钢板复合结构的声传递损失计算模型；在入射声场中使用声学波动方程作为输入，构建力平衡方程，设置周期性边界条件及声固耦合条件。获取不同密度纤维层参数和静态热渗透系数，将纤维层转化为等效流体域，计算得到入射面的声压和透射声场的透射声压。根据声压来计算声功率和透射系数，由透射系数计算声传递损失。多层耦合板型声学超材料与均质钢板复合结构的声传递损失以及单层钢板的声传递损失的差值即为材料的插入损失。本发明专利技术使用插入损失来表示声学超材料的隔声性能，可以考虑超材料与现有结构耦合对隔声性能的影响，更加贴合实际应用。加贴合实际应用。加贴合实际应用。

【技术实现步骤摘要】
一种多层耦合板型声学超材料的插入损失计算方法


[0001]本专利技术涉及隔声材料的研发领域，特别是涉及一种多层耦合板型声学超材料的插入损失计算方法。

技术介绍

[0002]中低频(100Hz～1000Hz)噪声的波长较长、穿透力强，因此中低频噪声衰减一直是噪声控制的重要目标。从质量定律可知，为了达到较好的隔声性能，往往需要使用较大质量的隔声材料，不符合轻量化发展的要求。声学超材料的主要优点在于无需增加大量质量，在低、中频段表现出良好的隔声性能。因此，声学超材料在噪声控制方面具有巨大潜力。声学超材料具有的优秀隔声性能来源于结构配置而不是材料特性。典型的膜式声学超材料将质量和弹性膜附着在刚性框架上，以建立局部共振或反共振作为工作频率。
[0003]然而，膜式超材料的缺点在于对需要预先对弹性膜施加张紧力，这会导致额外的时间和成本的增加，限制了膜式超材料的工程应用。为了解决张紧力的问题，引入了板式声学超材料的概念，膜式和板式声学超材料具有类似的隔声机制。随后，为了满足工程应用，三种基本结构，即质量附加，无质量附加和受限结构的膜或板型声学超材料相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多层耦合板型声学超材料的插入损失计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
①
、获取多层耦合板型声学超材料的结构尺寸参数以及材料参数，其中，所述多层耦合板型声学超材料包括周期性分布的超材料层和两层不同密度的纤维材料层；
②②
、构建多层耦合板型声学超材料与均质钢板复合结构的声传递损失计算模型，以超材料层的最小周期性单元的尺寸构建三维模型，整个声传递损失计算模型包括两端的完美匹配层、入射声场、透射声场、均质钢板以及多层耦合的板型声学超材料区域；
③③
、在入射声场中使用声学波动方程作为输入；
④
、建立力学平衡方程；
⑤
、对声传递损失计算模型施加周期性边界条件；
⑥
、在纤维与固体之间设置空气层，避免纤维与固体的刚性接触，在空气与超材料和均质钢板的接触面定义声固耦合条件，保证耦合面的位移连续性和力连续性：
⑦
、分别获取不同密度纤维层的密度ρ
d
、孔隙率φ、曲折因子τ、流阻率σ、粘性特征长度Λ、热特征长度Λ
′
和静态热渗透系数k
′0，使用Johnson
‑
Champoux
‑
Allard
‑
Lafarge(JCA
‑
L)声学模型表征纤维层，通过有效质量密度ρ
c
和有效体积模量K
c
将纤维层转化为等效流体域，通过有效质量密度ρ
c
和有效体积模量K
c
计算出等效声速c
c
，基于有效质量密度ρ
c
和等效声速c
c
计算得到纤维层的声压分布；
⑧
、对三维模型进行网格划分，设定分析频率和频率步长，通过有限元软件计算得到入射面的声压P
in
和透射声压P
out
，基于入射面的声压P
in
和透射声压P
out
得到入射声功率W
in
和透射声功率W
out
，基于入射声功率W
in
和透射声功率W
out
得到透射系数，根据所得透射系数计算结构的声传递损失STL；
⑨
、利用所建立的计算模型分别计算声学超材料与均质钢板复合结构的声传递损失以及单层钢板的声传递损失，通过两次计算声传递损失的差值作为声学超材料的插入损失。2.根据权利要求1所述的一种多层耦合板型声学超材料的插入损失计算方法，其特征在于，所述超材料层包括薄膜、框架以及附加质量，所需获取的结构尺寸参数包括：超材料层周期性单元的边长、附加质量的半径、薄膜半径以及各种不同材料的厚度；所需获取的材料参数包括框架、薄膜和附加质量的弹性模量、密度以及泊松比。3.根据权利要求1所述的一种多层耦合板型声学超材料的插入损失计算方法，其特征在于，步骤
③
...

【专利技术属性】
技术研发人员：康英姿，杨旭浩，上官文斌，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：