超材料低频振动噪声控制研究及应用

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 声学超材料的研究概述 4

1.2.1 声学超材料的概念及其发展历程 4

1.2.2 声学超材料的基本特性 9

1.2.3 声学超材料减振降噪研究现状及存在的问题 14

1.3 本书研究工作简介 17

第2章 声学超材料减振降噪理论 20

2.1 引言 20

2.2 弹性波能带理论 20

2.2.1 弹性波基本方程 20

2.2.2 晶格理论 21

2.3 带隙特性的计算方法 24

2.3.1 传递矩阵法 24

2.3.2 有限元法 26

2.4 等效负质量密度理论及其减振降噪机理解释 27

2.5 本章小结 30

第3章 阻尼对声学超材料振动特性的影响 31

3.1 引言 31

3.2 一维单自由度声学超材料等效力学系统 31

3.2.1 无阻尼时的等效力学模型 31

3.2.2 有阻尼时的等效力学模型 34

3.3 预估阻尼对超材料振动特性的影响 37

3.3.1 阻尼对超材料原胞等效质量的影响 37

3.3.2 阻尼对超材料色散关系的影响 38

3.3.3 阻尼对超材料整体传输率的影响 39

3.4 本章小结 41

第4章 新型轻质蜂窝—薄膜低频隔声材料 42

4.1 引言 42

4.2 新型单自由度声学超材料力学模型 42

4.3 新型轻质蜂窝—薄膜低频隔声材料的研究 45

4.3.1 结构设计及隔声性能分析 45

4.3.2 低频隔声机理的数值验证 50

4.3.3 不同结构参数对隔声量的影响 52

4.4 本章小结 57

第5章 基于谐振子转动惯量调控机理的新型双自由度局域共振型声学超材料 59

5.1 引言 59

5.2 新型双自由度声学超材料理论模型 59

5.3 双自由度局域共振型减振梁 66

5.3.1 物理模型及其计算方法 66

5.3.2 局域共振梁振动特性的计算结果及讨论 69

5.4 双自由度局域共振型减振板 74

5.4.1 物理模型及计算方法 74

5.4.2 局域共振型减振板振动特性的结果与讨论 75

5.5 局域共振型减振板振动特性的实验研究 79

5.5.1 样品的制作 79

5.5.2 实验方案 79

5.5.3 实验结果及讨论 80

5.6 本章小结 82

第6章 多参数均布阵列多自由度局域 共振型声学超材料 83

6.1 引言 83

6.2 多参数均布阵列多自由度局域共振型声学超材料理论模型 83

6.2.1 系统的等效负质量 83

6.2.2 结构参数对负质量的影响 87

6.2.3 色散关系及传输率 89

6.3 多参数均布阵列多自由度局域共振型减振板 92

6.3.1 物理模型及其计算方法 92

6.3.2 计算结果和讨论 93

6.4 本章小结 96

第7章 基于梯度混合调控机理的声学超材料系统 98

7.1 引言 98

7.2 梯度—Bragg散射型超材料杆 98

7.2.1 模型及计算方法 98

7.2.2 结果与讨论 101

7.3 梯度—局域共振型超材料杆 106

7.3.1 模型及计算方法 106

7.3.2 结果及讨论 108

7.4 梯度—混合构型超材料杆 112

7.4.1 模型及计算方法 112

7.4.2 结果和讨论 114

7.5 本章小结 119

第8章 径向声学超材料的低频禁带及应用分析 121

8.1 引言 121

8.2 柔性板型径向声学超材料结构 121

8.2.1 模型及计算方法 122

8.2.2 结果和讨论 125

8.3 环形加筋局域共振型径向声学超材料 131

8.3.1 铝板环形加筋模型及计算方法 131

8.3.2 结果和讨论 132

8.3.3 钢板环形加筋局域共振型径向声学超材料结构模型及计算方法 138

8.3.4 结果和讨论 140

8.3.5 环形加筋局域共振型径向声学超材料在管道隔振中的应用分析 145

8.4 环形镂空径向声学超材料轮盘 146

8.4.1 模型及计算方法 146

8.4.2 结果和讨论 148

8.5 本章小结 164

第9章 斜环填料水下超材料的宽频吸声 167

9.1 引言 167

9.2 模型计算与理论分析 168

9.3 几何参数对吸收性能的影响 174

9.4 结论 177

参考文献 178

彩插

低频振动和噪声控制问题一直是人们面临的技术难题，由于受到质量定律等物理规律的制约，传统的隔振/声材料或结构很难对其进行有效的控制。近年来，局域共振型声学超材料的提出，为通过亚波长尺寸的轻质结构实现低频减振降噪提供了一种全新的思路。然而，目前在声学超材料低频减振降噪中，仍在力学模型的等效、带隙形成和调控机制及实际工程应用等方面存在着一些不足。

本书针对低频超材料在弹性波调控机理和减振降噪应用方面面临的关键理论及技术问题，从新型力学模型的提出、带隙的调控机制及实际的工程应用详细论述了以下的研究工作。 本书以如何利用局域共振型声学超材料实现低频振动和噪声的控制问题为核心，深入分析了四种新型不同带隙形成机理及调控方法的力学模型，并对工程中常用的减振杆、梁、板及隔声材料的设计进行了初步探索，这些研究成果会进一步丰富声学超材料研究内容，同时为工程中的减振降噪方法提供一定的理论基础和技术支持。。

第1章低频吸波材料概述1

1．1低频电磁辐射概况1

1．1．1低频电磁辐射的危害1

1．1．2电磁辐射的防护途径2

1．2吸波材料3

1．2．1吸波材料的电物理特性3

1．2．2吸波材料电磁参数的匹配与作用机理7

1．3吸波材料研究现状及发展趋势8

1．3．1吸波材料研究现状8

1．3．2低频吸波材料研究发展趋势13

参考文献14

第2章锂锌铁氧体的制备及低频吸波性能19

2．1实验原料与设备20

2．1．1实验原料20

2．1．2实验仪器与设备20

2．2分析及测试技术20

2．2．1热分析20

2．2．2X射线衍射21

2．2．3扫描电镜22

2．2．4透射电镜22

2．2．5电磁吸波性能测试22

2．2．6MATLAB25

2．3锂锌铁氧体的制备工艺及其化学组分配比的选择26

2．4锂锌铁氧体后续热处理工艺参数的确定31

2．4．1纯锂锌铁氧体干凝胶的TG/DTA分析31

2．4．2热处理工艺参数对纯锂锌铁氧体微观结构的影响32

2．4．3热处理工艺参数对锂锌铁氧体电磁吸波性能的影响36

2．5制备工艺参数对纯锂锌铁氧体吸波性能的影响机理分析41

2．6氧化铋及硝酸铋抑制剂对纯锂锌铁氧体的影响45

本章小结47

参考文献48

第3章掺杂镁和铜对锂锌铁氧体的结构及吸波性能的影响49

3．1掺杂镁和铜的锂锌铁氧体的制备49

3．2掺杂镁和铜对锂锌铁氧体的影响50

3．2．1掺杂镁和铜对锂锌铁氧体微观结构的影响50

3．2．2掺杂镁和铜对锂锌铁氧体吸波性能的影响51

3．2．3镁和铜的掺杂影响机理分析53

3．3镁的不等量掺杂对锂锌铁氧体的影响54

3．4铜的不等量掺杂对锂锌铁氧体的影响57

本章小结59

参考文献60

第4章掺杂镧和铈对锂锌铁氧体的结构及吸波性能的影响61

4．1掺杂镧和铈的锂锌铁氧体的制备61

4．2掺杂镧和铈对锂锌铁氧体的影响62

4．2．1掺杂镧和铈对锂锌铁氧体微观结构的影响62

4．2．2掺杂镧和铈对锂锌铁氧体电磁吸波特性的影响63

4．2．3镧和铈的掺杂影响机理分析64

4．3镧的不等量掺杂对锂锌铁氧体的影响66

4．4铈的不等量掺杂对锂锌铁氧体的影响68

本章小结73

参考文献74

第5章乙炔炭黑/纯锂锌铁氧体复合材料的预设计及制备76

5．1全貌分析法76

5．2利用MATLAB对复合材料的预设计及制备77

5．3实际制备的复合材料的微观结构及吸波性能79

5．3．1实际制备的复合材料的微观结构79

5．3．2实际制备的复合材料的吸波性能82

5．4复合材料的实际吸波性能与预定值产生差异的机理分析84

本章小结85

参考文献86

第6章有机/无机复合吸波材料的制备与性能87

6．1技术路线、实验原料与实验方法87

6．1．1技术路线87

6．1．2材料的选择与设计88

6．1．3实验原料与设备90

6．1．4分析测试技术91

6．2吸波剂的制备与表征92

6．2．1吸波剂的制备工艺92

6．2．2结果与讨论96

6．3Solgel工艺制备铁氧体纳米粉体的动力学分析111

6．3．1溶胶凝胶化阶段的反应及动力学分析112

6．3．2热处理阶段的反应及动力学分析114

6．4石蜡基复合吸波材料的制备与微波吸收性能118

6．4．1石蜡基复合吸波材料试样的制备119

6．4．2石蜡基复合吸波材料试样的微波吸收性能研究120

6．4．3吸波性能比较与优选129

6．5不饱和聚酯基复合吸波材料的制备与微波吸收性能130

6．5．1不饱和聚酯基复合吸波材料试样的制备130

6．5．2不饱和聚酯基复合吸波材料试样的微波吸收性能研究131

6．5．3吸波性能比较与优选136

本章小结137

参考文献138

第7章细颗粒吸波剂在聚合物中往复射流分散技术的研究143

7．1细颗粒吸波剂在聚合物中的分散技术现状143

7．2往复射流分散机理与分散装置的设计144

7．2．1变截面区域内往复射流的分散机理144

7．2．2往复射流分散装置的设计146

7．3不同分散工艺对锂锌铁氧体在聚合物中分散性的影响147

7．3．1不同分散工艺对前驱体混合物流动性的影响147

7．3．2不同分散工艺对锂锌铁氧体在固化基体中的分布的影响149

7．3．3混合物组分含量对锂锌铁氧体在固化基体中的分布的影响150

7．4不同分散工艺对碳纳米管在聚合物中分散性的影响151

本章小结154

参考文献154

第8章聚合物基纳米复合吸波材料的吸波机理及设计初探156

8．1匹配原理156

8．2聚合物基纳米复合吸波材料的吸波机理157

8．2．1量子尺寸效应157

8．2．2表面效应159

8．2．3共振吸收159

8．2．4磁性纳米吸波材料损耗机制160

8．2．5掺杂对电磁波吸收的影响161

8．2．6吸收剂颗粒的散射、吸收、消光截面和电磁波的能量衰减161

8．3聚合物基复合吸波材料的吸波机理模型及理论计算163

本章小结165

参考文献165

《低频吸波材料及应用》共分为8章。第1章重点论述了吸波材料的研究意义、吸波材料的研究现状以及发展趋势；第2章详细介绍了锂锌铁氧体的制备工艺及工艺参数对低频吸波性能的影响；第3、4章分别叙述了镁、铜、镧和铈等元素掺杂对锂锌铁氧体结构与吸波性能的影响；第5章通过制备乙炔炭黑/锂锌铁氧体复合材料研究了吸波性能的预设计；第6章研究了有机/无机复合吸波材料的制备及在一定频段内电磁属性及微波吸收特性；第7章介绍了细颗粒吸波剂在聚合物中往复射流分散技术的研究；第8章从阻抗匹配及损耗机制两方面探讨了聚合物基纳米复合吸波材料的吸波机理。

《低频吸波材料及应用》力求为有关吸波材料的研究人员、大学相关专业高年级学生提供一些参考。同时也为研究生教学提供一本参考书。

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