组合型声子晶体板的低频减振降噪特性研究

局域共振声子晶体板的减振降噪研究郭旭1，2，崔洪宇1，洪明1（1.大连理工大学船舶工程学院，辽宁大连116024；2.东风日产乘用车公司技术中心，广州510800）摘要：针对船舶设备及结构的振动噪声控制问题，提出一种附加圆柱型振子的声子晶体板结构。

基于周期结构的Bloch 定理，采用有限元方法对声子晶体板的带隙特性进行计算，并通过振动传递率和隔声损失来描述声子晶体板的隔振及隔声效果，在此基础上分析了散射体几何参数及布置形式对隔振及隔声效果的影响。

研究表明，声子晶体板在特定频率范围内具有很好的隔振及隔声效果，通过合理设计散射体几何参数及布置形式，可以实现结构的低频宽带隔振及宽带隔声，在船舶振动噪声领域中具有很好的应用前景。

关键词：声子晶体；带隙特性；船舶结构；减振降噪中图分类号：O48O734文献标识码：A doi:10.3969/j.issn.1007-7294.2021.04.014Research on vibration and noise reduction of local resonant phononic crystal plateGUO Xu 1,2,CUI Hong-yu 1,HONG Ming 1(1.School of Naval Architecture Engineering,Dalian University of Technology,Dalian 116024,China;2.Technical Center,Dong Feng Nissan,Guangzhou 510800,China)Abstract:To suppress the propagation of vibration and noise in the ship equipment and structure,a phonon⁃ic crystal plate structure was designed with additional cylindrical vibrators.Based on the Bloch theorem of pe⁃riodic structure,the band gap of the phononic crystal plate was obtained with finite element method,the ef⁃fects of vibration isolation and sound insulation were described by vibration transmission rate and sound insu⁃lation loss.Moreover,the effects of the geometric parameters and arrangement of the scatterers on the vibra⁃tion isolation and sound insulation effects were analyzed.It is shown that the phononic crystal plate has a good vibration isolation and sound insulation effect in a specific frequency range.By rationally designing the scatterer geometric parameters and arrangement form,the low-frequency broadband vibration isolation and broadband sound insulation of the structure can be realized,which supplies more application opportunities in the vibration and noise reduction.Key words:phononic crystal;band gap characteristic;ship structure;vibration and noise reduction.0引言随着船舶向轻量化、快速化及重载化方向发展，船舶的振动噪声问题日益突出。

本科生设计（论文）论文题目：声子晶体在机械振动和噪声中的应用浅析姓名：学院：海洋港口学院专业：12机械制造及其自动化（港口）（师范）学号：***师：***声子晶体在机械振动和噪声中的应用浅析一、绪论1.1课题背景现代社会对噪声防治和处理的各种要求，促进了当代噪声控制工程技术的迅猛发展。

工程中对噪声进行处理最常用而有效的技术措施就是安装适当的隔声材料。

因此，对隔声材料进行开发研究具有十分重要的意义。

声子晶体是一种新型隔声材料，存在弹性波禁带，落在禁带范围内的弹性波在声子晶体中传播时会强烈的衰减，其衰减程度远远大于质量密度定理的预测值。

因此声子晶体在噪声与振动的控制方面有着巨大的潜力。

本文以声子晶体在中低频隔声的实际应用为切入点，针对布拉格散（Bragg）射型声子晶体和局域共振声子晶体，系统地研究其禁带的产生以及影响禁带特性的各种因素，通过有限元仿真与实验验证完成声子晶体在隔声功能上的应用尝试。

声子晶体复合材料的自身特性决定了其带隙影响因素的多样性，因此有必要对其带隙的影响因素进行全面的研究分析，通过对各个参数对带隙的影响情况的分析来判断声子晶体在中低频范围内隔声应用的可行性，为下一步的仿真计算和实验验证中声子晶体各参数的选择提供理论依据。

传统的隔声材料种类繁多，从定义上讲所有的对声波有阻隔作用的材料都可以称为隔声材料，实际的隔声工程实施中经常采用的隔声材料有各种金属板、石膏板、木板以及复合板材。

由于它们大多都属于均匀介质结构，其隔声量都遵循质量密度定理，即材料的隔声性能与面密度有关，面密度增加一倍隔声量将会增大 6 分贝。

因此要获得较好的隔声效果就必须要增加隔声材料的密度。

然而在实际的应用当中，增加隔声材料密度会带来施工成本以及施工难度的急剧增大，这也限制了传统隔声材料的应用范围。

因此工程应用当中对新型轻质隔声材料的需求非常迫切。

声子晶体材料是近几十年研究状况非常热门的一种新型功能性隔声材料，其本质是一种对弹性波传播存在禁带的、结构排列或材料选择具有周期性特点的复合材料，其概念的提出只有二十多年的历史，命名借鉴了光子晶体的命名方式。

声子晶体声传播特性研究进展及其在船舶行业中的应用田斌【期刊名称】《青岛科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(038)004【摘要】Phononic crystal is an important acoustic artificial materials.It has been extensively investigated because of their characteristics of wave propagation, which is of great significant.This paper summarizes the research progress of band gap properties and mechanism, and acoustic absorption.This paper provides a reference for the fabrication and wave propagation investigation of acoustic artificial materials.Meanwhile, phononic crystal shows outstanding features in reducing vibration and blocking noise, and the band gap characteristics in suppressing vibration source of strength, vibration isolation and damping mechanism have been preliminary study, which laid a good foundation for the application of phononic crystal on vibration of the ship noise reduction.%声子晶体是一种重要的声人工材料,由于其独特的声波传播特性而得到广泛研究,对声人工材料中声波传播特性的研究具有重要意义.文章综述了声子晶体带隙特性、带隙机理以及吸声特性的研究进展,并对其在船舶减振降噪中的应用前景进行了展望.【总页数】7页(P47-53)【作者】田斌【作者单位】中国船舶工业系统工程研究院,北京 100094【正文语种】中文【中图分类】O429【相关文献】1.声子晶体特性研究及在车身板件中减振降噪的应用 [J], 左曙光;孟姝;魏欢;何吕昌;马琮淦2.一维准周期声子晶体板中兰姆波的禁带特性分析∗ [J], 陈阿丽;郭凤丹;汪越胜3.二维声子晶体带隙特性分析与应用研究 [J], 姜超君;向阳;张波;郭宁;何鹏4.二维三组元声子晶体中的半狄拉克点及奇异特性 [J], 高汉峰;张欣;吴福根;姚源卫5.光子晶体和声子晶体中拓扑态的研究与应用 [J], 胡丽芬因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

浅谈声子晶体的应用研究发布时间：2023-02-20T06:00:12.270Z 来源：《建筑实践》2022年10月19期作者：雷柏青[导读] 声子晶体是一种具有带隙特性的周期性复合材料雷柏青广州大学土木工程学院广东省，510006摘要：声子晶体是一种具有带隙特性的周期性复合材料，具有减振降噪，滤波聚能等重要应用价值。

本文简述了有关声子晶体的概念和研究方法，主要介绍了声子晶体在减振消能、隔声、减振防浪、以及定向波导和声聚焦等方面的应用，对声子晶体有关应用研究方面有一定的启示。

关键词：声子晶体；带隙特性；应用研究0引言：声子晶体的概念最早于1993年由Kushwaha提出[1]，用于研究进行弹性波传播或抑制弹性波传播的周期性介质，然而，关于声子晶体的研究却早已在1979年便由Narayanamurti等人完成了，当时他们研究了高频声波在GaAs/AlGaAs超晶格中的传播，而该超晶格可被视为一维声子晶体[2]。

弹性波在传播过程中与周期性结构相互作用，只有一定频率范围内的弹性波可以顺利通过周期结构进而传播出去，而其他频率范围内的弹性波则被阻挡无法传播，表现在频散关系上即为存在弹性波带隙。

因而对于具有弹性波带隙的周期性介质，声子晶体被认为是弹性波传输的载体，被纳入了弹性波传输研究领域。

由于声子晶体概念的提出至今只有近三十年，目前尚无比较成熟的应用，因而关于实际应用方面的研究仍属于现今声子晶体研究领域的重要课题。

1研究方法：带隙特性是声子晶体的主要研究对象，常用能带结构和传递特性两种方式表述。

能带结构表示声子晶体中弹性波的频散关系，研究者可以通过分析能带结构确定结构是否存在抑制弹性波传播的全通带隙和局域抑制的方向带隙，进而设计制造出所需要的设备。

另外由于实际设备不具有无限周期，弹性波在设备上的传播能力需要以传递特性来描述。

实验结果证明，有限周期声子晶体即使只拥有很少的周期数，但描述的带隙范围却与无限周期声子晶体描述的带隙范围一致，只是随着周期数量的增加，带隙范围内的弹性波衰减程度开始逐渐增大。

声子晶体材料的声学性能调控研究声子晶体材料是一类具有周期性结构的材料，具有特殊的声学性能。

在过去的几十年里，声子晶体材料的研究已经取得了很大的进展。

本文将从声子晶体材料的基本原理、调控方法以及应用前景等方面进行论述。

声子晶体材料的基本原理在于其具有周期性的晶格结构，这种结构可以使声波在材料中得到限制和散射，从而具有频率选择性。

声子晶体材料中声速、声波的传播方向以及声子的色散关系都受到晶格结构的调控和限制。

对于声子晶体材料的调控方法有很多种，其中一种常用的方法是通过调节材料的几何结构来实现。

例如，可以通过改变材料的晶格常数、孔隙大小和形状等来调控声音的传播。

此外，还可以通过改变材料的组分和材料的制备工艺来实现声学性能的调控。

声波在声子晶体材料中的传播具有许多奇特的性质。

例如，声子晶体材料中存在禁带，即某个频率范围内的声波无法传播。

这种禁带现象可以用来实现声音的隔离和过滤。

此外，声波的传播方向也可以通过调控晶格结构来实现。

通过设计合适的晶格结构，可以使声波只能沿着特定的方向传播，从而实现声波的定向传输。

声子晶体材料不仅在基础研究领域有很多应用，也在实际生活中有着广泛的应用前景。

例如，在声学隔离和噪音控制方面，声子晶体材料可以用来制造新型的隔音材料和噪音屏障。

此外，声子晶体材料还可以用于声学器件的设计，例如声波滤波器和声学波导等。

近年来，随着声子晶体材料领域的不断发展，越来越多的新材料和新结构被提出来。

例如，研究人员通过引入非线性效应和构造各向异性结构等方法，进一步丰富了声子晶体材料的声学性能。

这些新材料和新结构的发展将进一步推动声子晶体材料在噪音控制、超声波波导和声学器件等领域的应用。

总之，声子晶体材料的声学性能调控研究是一个非常有挑战性和有意义的课题。

通过对声子晶体材料的深入研究，可以为声学隔离、噪音控制和声学器件的设计等方面提供新的解决方案。

相信随着技术的进一步发展，声子晶体材料将在未来的应用中展现出更加广阔的前景。

一种带声子晶体结构的轴向柱塞泵抑制振动噪声方法一种带声子晶体结构的轴向柱塞泵抑制振动噪声方法随着现代工业的飞速发展，液压传动越来越广泛应用于各行各业中。

其中，轴向柱塞泵作为一种比较常见的液压传动元件，其性能及运行效率直接影响到工业生产的稳定性和效益。

然而，在实际使用过程中，轴向柱塞泵常常会出现振动和噪声等负面影响，严重影响了传动元件的正常运行和使用寿命。

因此，开展轴向柱塞泵振动噪声问题的研究，对于提高其运行稳定性和效率具有重要意义。

为了解决轴向柱塞泵振动噪声问题，科研人员提出了一种带声子晶体结构的抑制振动噪声方法。

具体方法如下：1.声子晶体结构设计声子晶体是指一种具有周期性结构的材料，通过改变其周期性结构和材料特性，可以实现对特定频率的声波传输的控制和过滤。

在轴向柱塞泵上应用声子晶体结构，主要是针对振动噪声中频率比较明显的成分进行控制和过滤，以达到抑制振动噪声的目的。

2.声子晶体结构的制备制备声子晶体结构需要特定的工艺和材料，一般采用MEMS（微机电系统）技术或纳米加工技术，通过数控加工和压制成型等方式来制备。

由于制备声子晶体结构的工艺复杂，制造成本较高，因此在设计和制备过程中需要严谨细致，确保结构的稳定性和性能优异。

3.声子晶体结构的应用将制备好的声子晶体结构固定在轴向柱塞泵的重点振动部位，基于声学原理，声子晶体结构会对特定频率的振动噪声产生反向作用力，从而抑制振动噪声的产生。

需要注意的是，在应用声子晶体结构时，应根据轴向柱塞泵的性能要求和实际使用场景，合理设计声子晶体结构的材料和结构参数，以达到最佳抑制效果。

以上即是一种带声子晶体结构的轴向柱塞泵抑制振动噪声方法。

通过应用声子晶体结构，可以有效降低轴向柱塞泵的振动和噪声等负面影响，提高其运行稳定性和效率。

未来，科技创新和工程技术的不断进步，将进一步完善和优化这一抑制振动噪声的方法，让轴向柱塞泵在各个领域中发挥更大的作用和贡献。

基于声子晶体及其缺陷态特性的车内降噪方法
左曙光;黄海东;吴旭东;倪天心;韦锡晋
【期刊名称】《汽车工程》
【年(卷),期】2017(039)005
【摘要】为了抑制车内中低频噪声,运用板件声学贡献法分析了车身顶棚不同区域板件的振动对车内噪声的贡献,在贡献较大的区域设计了具有双带隙和点缺陷的声子晶体结构.利用双振子声子晶体的双重局域共振带隙特性降低正贡献区域噪声,同时点缺陷带隙特性避免负贡献区振动的衰减.结果表明,设计的声子晶体结构对降低车内噪声具有良好的效果.
【总页数】6页(P569-574)
【作者】左曙光;黄海东;吴旭东;倪天心;韦锡晋
【作者单位】同济大学新能源汽车工程中心,上海 201804;同济大学新能源汽车工程中心,上海 201804;同济大学新能源汽车工程中心,上海 201804;同济大学新能源汽车工程中心,上海 201804;同济大学新能源汽车工程中心,上海 201804
【正文语种】中文
【相关文献】
1.声子晶体特性研究及在车身板件中减振降噪的应用 [J], 左曙光;孟姝;魏欢;何吕昌;马琮淦
2.基于声子晶体的车内噪声研究 [J], 靳晓雄;邵建旺;彭为
3.局域共振型声子晶体板缺陷态带隙及其俘能特性研究 [J], 卢一铭;曹东兴;申永军;陈许敏
4.基于声子晶体理论的轨道交通减振降噪研究综述 [J], 冯青松;梁玉雄;陆建飞
5.基于声子晶体实现声-电转换的智能降噪窗帘 [J], 全飞熊;陈浠庆;李晨;陈亚柯;尹源;陈瑞扬;阎一诺
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第27卷 第2期 应 用 力 学 学 报 V ol.27 No.2 2010年6月 CHINESE JOURNAL OF APPLIED MECHANICS Jun.2010基金项目：国家自然科学基金重点项目(50835007) ；教育部科学技术研究重点项目（107136）来稿日期：2009-11-09 修回日期：2009-12-18第一作者简介：沈礼，女，1987年生，西安交通大学，硕士生；研究方向——光子晶体、声子晶体。

E-mail ：shli.1987@文章编号：1000-4939（2010）02-0293-05声子晶体结构在汽车制动降噪中的理论研究及应用沈礼 吴九汇 陈花玲（西安交通大学 710049 西安）摘要：基于弹性波在声子晶体结构中传播时会产生弹性波带隙, 即特定频率范围的弹性波被禁止传播这一特性，为降低高频的制动噪音，将声子晶体这一新结构引入到汽车盘式制动装置中。

通过对汽车制动噪音频谱的分析，得到高频噪音比较集中的频段。

通过设计专用的二维空气柱/钢体系正方格子声子晶体结构（体积占有率为40%），使高频噪声集中频段（2000~2500Hz ）落于声子禁带中,以达到降噪的目的。

与传统的制动降噪技术相比，利用声子晶体结构的降噪装置具有频带宽和降噪量大的优越性。

通过实验装置验证了声子晶体降噪结构的可行性，在2000~2500Hz 范围内，声压的降低幅值最大可达25dB ，平均降噪量可达13dB 以上，即对汽车刹车减噪起到了明显的效果。

关键词：声子晶体；声学禁带；制动噪声；频谱分析中图分类号：O328 文献标识码：A1 引 言 由于制动噪音的产生与振动相关，而振动通常以弹性波的形式在介质中传播, 声子晶体结构的引入使弹性波带隙可以抑制振动的传播, 达到降噪的效果。

目前对制动噪声的预防措施有检查维修、改变摩擦片、优化结构等方法，但这些方法一般只能在较小的程度上改善制动噪声的影响。

近年来模拟天然晶体原子排列的人造周期性复合结构的研究受到广泛关注，其中声子晶体(phononic crystal)就是一种弹性常数周期性分布的人工周期性结构[1,4-5]。