[發明專利]一種用于變電站降噪的輕量化復合聲子晶體薄板制備方法

有效

• 申請號: 202010149832.5
• 申請日: 2020-03-06
• 公開（公告）號: CN111368479B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 陳傳敏;郭兆楓;劉松濤;喬釧熙
• 申請（專利權）人: 華北電力大學（保定）
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F111/10;G06F113/24;G06F119/10
• 代理公司: 北京盛詢知識產權代理有限公司 11901
• 代理人: 張海青

本發明公開一種用于變電站降噪的輕量化復合聲子晶體薄板制備方法，根據變電站噪聲頻譜特性，基于“局域共振性能釋放”概念的輕量化設計方法，設計了一種輕質復合聲子晶體薄板。此板不僅在帶隙上匹配變電站噪聲頻譜特性，而且在重量及尺寸上相比其他局域共振型聲子晶體大大降低。為今后變電站的噪聲控制提供了一種優質的降噪超材料,與現有降噪材料相比，厚度、質量均減少明顯，使變電站低頻噪聲可以通過一種輕量化的復合聲子晶體薄板解決。

技術領域

本發明涉及聲子晶體設計方法領域，特別是涉及一種用于變電站降噪的輕量化復合聲子晶體薄板制備方法。

背景技術

隨著社會發展，社會用電量逐年遞增，相應的變電站建設隨之增多。由此帶來的噪聲污染已經對變電站附近居民產生了極大影響，同時，這也會對電網的建設產生一定的影響。

變電站的噪聲由于其頻譜具有低頻且峰值穩定的特性，導致常規材料對其噪聲進行控制時，或特別笨重或無法對其有效降噪。例如現有應用于變電站降噪的技術手段基本上采用BOX-IN的方法，其基體充斥著很厚的鋼板，導致安裝十分繁瑣費力，且對低頻噪聲的隔聲效果一般。另一種針對變電站降噪的常用結構為微穿孔板，雖然重量較輕，但需要很厚的空腔才能發揮其性能，因此也需要占用大量空間。而聲子晶體不僅可以根據所需調控其帶隙，并且可通過局域共振使帶隙突破質量定則。因此，使用聲子晶體這種新型人工超材料對變電站噪聲進行控制具有很強的針對性及適用性。

聲子晶體是作為光子晶體這一概念的類比而提出的。1992年，M.M.Sigalas和E.N.Economou等人首次在理論上證實了將球形材料埋入某一基體材料后形成的周期性點陣結構具有帶隙特性，并在金、鉛球與鋁或者硅基體所形成的復合材料結構中同樣證實了帶隙的存在。1993年，M.S.Kushwaha等人通過采用平面波方法對鎳柱在鋁合金基體中形成的復合結構進行計算，獲得了聲波帶隙，并進一步明確提出了“聲子晶體”的概念——它是由兩種或兩種以上的彈性介質材料周期性排列成的能夠展示出聲學帶隙或禁帶的人工復合型結構。在聲子晶體中，根據散射體維度，可以分為一維聲子晶體、二維聲子晶體和三維聲子晶體。

聲子晶體帶隙產生的機理源于布拉格散射機理和局域共振機理。在基于布拉格散射的聲子晶體結構中，聲波被周期性排列的散射體所散射，使得在某段特定入射頻率的聲波經散射后產生相位相消，最終導致該頻率范圍內的聲波或彈性波無法透過該聲子晶體，這個范圍就叫做帶隙。在這類結構中，僅當散射體間距與波長的關系滿足布拉格條件時才產生帶隙，因此帶隙一般出現于波長與晶格常數相當的頻率區域。由于其色散關系對散射體的間距非常敏感，因此，可在周期結構的基礎上通過移除一個或一排散射體來獲得點缺陷或線缺陷，從而實現共振微腔及波導結構。而在局域共振型結構中，帶隙可以出現于波長遠大于晶格常數的頻率區域，在一定的條件下(如深度亞波長條件下)其帶隙的位置更敏感于振子的共振性質而不是具體的晶格結構，也就是說我們可以通過采用改變共振體性質而非晶格尺寸的方法來實現帶隙。基于這些現象，局域帶隙通常被理解為能級排斥或Fano干涉的結果，也就是說帶隙的打開完全源于共振子個體而非集體相互作用。

可是常規局域共振型聲子晶體由于基于能帶理論和局域共振理論，在帶隙頻率降低的過程中，散射體的尺寸也相應增大，使常規聲子晶體隔聲板在控制變電站等低頻噪聲時，沒有體現出應有的質量更輕、隔聲效率更高等優勢，給其工程應用及發展帶來諸多限制與困擾。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于變電站降噪的輕量化復合聲子晶體薄板制備方法以解決上述現有技術存在的問題。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：本發明提供一種用于變電站降噪的輕量化復合聲子晶體薄板制備方法，包括如下步驟：

步驟1，對變壓器類設備進行聲壓級測量，并通過傅里葉變換得到頻譜圖；

步驟2，建立有限元計算模型；

步驟3，確定聲子晶體薄板的材料組成；