专栏名称: COMSOL 多物理场仿真技术
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学术前沿 | 设计和验证低频区域声波晶体声屏特性的综合模型

COMSOL 多物理场仿真技术  · 公众号  ·  · 2024-08-12 08:50

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在本文中,我们提出了一种全面的模型,用于在低频范围内(最高至1700赫兹)获取声子晶体的声学行为的数值/实验结果。我们将注意力集中在这一范围内,因为这是环境声学领域中最难控制的范围,而声子晶体特别适用于这一目的。其直接应用是设计高科技声屏障以减少交通噪音,尽管声子晶体能够屏蔽任何类型的噪音,因为它们具有可扩展性。此外,该模型可用于分析这些金属材料在这些频率下的丰富物理行为。该模型完全由我们设计和开发,由三维数值模拟软件和实际原型组成,用于获取实验结果。正是这两种工具的联合使用使我们的模型具有独特的灵活性。为了在低频范围内验证该模型,我们考虑了具有不同几何参数、晶格和填充因子的声子晶体。所得到的精确结果与在混响室中所得到的结果以及用其他现有数值模型计算的结果进行了比较,表明我们的模型成功地发挥了作用。与现有的设计技术和其他获取实验结果的方法相比,该方法简单且成本较低。

本文提出了一个由新的数值模型和实验原型组成的综合模型,用于SCs的物理分析和基于SCs的低频区域的声势垒设计。为了验证结果,考虑到无回声室参考结果更接近于“原位”屏障的真实行为,我们对相同的模型和测试的SCs进行了无回声室测量

将所提出的数值模型与通常用于预测的理想模型进行了比较,并在正入射下工作,研究了SCs在低频区的衰减特性。 所提出的模型打破了理想模型的特点,试图近似于指导实验原型构建的更现实的条件。 与理想模型相比,该模型得到的结果更符合验证参考。 根据所提出的预测模型所建立的条件,建立了一个与参考测量中使用的等效SCs,并在实验样机中进行了测试。 结果达到了比任何数值模型更精确的拟合。 在正方形和三角形晶格中对其可靠性进行了测试。

在这项工作中,我们通过替换40个高度为150厘米的散射体的设置,在IL预测中取得了良好的结果,这需要对放置和平行度进行详尽的控制,并设置了4个高度为20厘米的散射体。 所有这些都可以显著节省材料,在我们的实验中超过98%,从而显著降低成本和装配复杂性。 获得的结果以一种廉价和简单的方式工作,避免了在消声室进行大规模测试的需要。 另一方面,使用我们的综合模型可以让其他没有消声室的研究小组对他们设计的行为有一个现实的看法。 原型测试了实际的散射体直径,而不是缩放的,因此只限制了它们的高度。 这为测试可以用更复杂的设计3D打印的散射体打开了大门。


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