学术前沿 | 基于蜘蛛网的仿生声学超材料的带隙特性

COMSOL 多物理场仿真技术 · 公众号 · · 2024-04-22 21:30

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为了实现低频振动隔离和降噪，结合蜘蛛网嵌套模式，提出了一种新型的凹星仿生声学超材料。基于有限元方法（FEM）和布洛赫理论，讨论了顶点连接模式、嵌套级别（n）和旋转角度（α）对凹星结构带隙分布、传输谱和同频率线的影响。结果表明，当顶点重合且n=3时，二维（2D）凹星结构在1000Hz频率范围内的第一带隙具有最低的开口频率；当α=45°时，三维（3D）凹星结构在频率范围内具有最宽的带隙分布和最低的第一带隙。通过实验验证了仿真结果的正确性。这些发现可以为低频振动隔离和降噪提供新的思路。

基于仿生理论，提出了蜘蛛网2D和3D的凹星结构。基于有限元方法和布洛赫理论，分析了连接方式、2D结构中嵌套层数(n)和3D结构中旋转角度(α)对带隙分布的影响，并通过实验验证了理论结果的正确性。结论如下：

1. 在2D凹星结构中，连接方式对带隙分布具有显著影响。当内外星结构的顶点重合时，即v=1，该结构在第一个频率范围内具有最宽的带隙分布和最低的第一带隙开频率。

2. 在2D凹星结构中，嵌套层数(n)对带隙分布具有明显影响。当n=3时，该结构具有最低的带隙开频率65.301Hz。

3. 在3D凹星结构中，旋转角度α可以显著影响频率范围为1000Hz时的带隙分布。当α=45◦时，该结构具有最低的开频和最宽的第一带隙。

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