专栏名称: COMSOL 多物理场仿真技术
致力于介绍COMSOL多物理场仿真技术,涉及声-结构、MEMS、数学等模块,教学sci文献案例,讲解仿真要点以及定期分享最新的声学超材料文献
目录
相关文章推荐
51好读  ›  专栏  ›  COMSOL 多物理场仿真技术

学术前沿 | 基于亚波长宽带声学多孔复合超表面遗传算法的优化设计

COMSOL 多物理场仿真技术  · 公众号  ·  · 2024-05-18 21:34

正文

请到「今天看啥」查看全文


提出了一种三维复合声学超表面(CAM)来实现亚波长厚度的宽带吸声技术。设计的结构包括低频带平行配置多组分谐振结构(MRS)和高频带周期阵列分量的亚孔层(ML)。采用遗传算法构造最优设计方法,获得合适的CAM参数。准确快速地得到了优化结果,声学性能满足目标设计。在低频范围内,不同的微穿孔面板系统(MPPSs)的平行配置拓宽了谐振频带。以聚氨酯(PU)泡沫为基础的ML由四个亚基组成,在一个周期内呈线性相梯度,通过将反射波转化为表面波,提高了相同厚度的均匀多孔泡沫的吸收。在高频范围内的声能大多以这种方式耗散。从理论上对其声学性能进行了预测,并通过数值仿真和实验进行了验证。50 mm的样品在500 Hz到3000 Hz的整体频率范围内实现了显著的吸收,超过80 %。即使样品的厚度减少到30 mm,但在500 Hz到3000 Hz的范围内,它仍然比相同厚度的PU泡沫具有更好的吸声效果。无论入射波的方位角是什么,三维CAM都表现出准完美的吸声效果,这是PU泡沫在设计的2000 Hz频率下所不能提供的。本文为有效设计宽带吸声器提供了一种方法,在机舱噪声控制中具有良好的应用价值。

本研究通过优化设计,提出了一种宽带吸声复合超表面。利用遗传算法构造了一种快速获得按需结构分量的优化方法。复合声学超表面(CAM)通过不同的设计方法考虑了在低频和高频范围内的性能。采用典型的谐振结构MRS,在500-1000Hz频段内实现高吸声能力。10mpps的平行结构促进了整个谐振结构的吸收带。CAM1在500-1000Hz范围内的平均SAC达到0.85,优于设计目标。此外,设计的基于ML的聚氨酯泡沫可以将能量最多的反射波转化为表面波,通过控制波的传播方向来消散大量的声能。仿真结果表明,ML的波的控制行为不仅可以在设计的频率上实现,而且可以在附近的频带上实现。

因此,保证了高频范围的吸收。优化算法的使用有助于找到相应的几何结构参数,并通过数值模拟和实验测量进行了验证。尽管所设计的结构受到mpps耦合效应的影响,且结构参数数量多且复杂,但优化设计方法能够快速获得满足目标声学性能的准确参数,且易于实现。

设计并3d打印了两个50 × 50 mm截面的CAM样品,样品具有良好的吸收和波控性能,在大多数频率范围内SAC都在0.8以上。与相同厚度的均匀多孔材料相比,在正入射和斜入射下,吸声性能都有显著提高。在2000hz的设计频率下,无论入射角的方位角是多少,凸轮都表现出近乎完美的吸声效果。本文提出的两种样品均为亚波长厚度。研究表明,当厚度减小到30 mm时,优化方法仍然可以实现宽带吸声。最后还研究了折叠腔尺寸对吸收频宽的影响。通过增加共振结构在整个met表面截面积中的比例,提出了一种30 mm厚的凸轮,在300-3000 Hz波段具有有效的吸声效果。因此,本工作提供了一种在有限空间内增强宽带吸声性能的方法,提高了相同厚度均匀多孔材料的设计效率和吸声能力。这项工作在飞机噪声控制的实际应用中具有良好的前景。


有关论文的更多信息请点击左下角 阅读原文

免责声明:本文中的部分资料来源于该期刊文章,转载目的在于传递信息及分享,并不意味赞同其观点或真实性,也不构成其他建议。本公众号仅提供交流平台,供广大读者学习,不为其版权负责。如涉及侵权、隐私等问题,请联系我们及时删除,同时也欢迎广大读者进行投稿交流。








请到「今天看啥」查看全文