学术前沿 | 通风声学超材料迷宫板降噪机理及结构参数优化研究

COMSOL 多物理场仿真技术 · 公众号 · · 2024-09-05 21:14

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在很多噪声场景下，需要保证通风和抑噪。在本文中，提出了一种由迷宫单元（LC）阵列形成的通风声学超材料迷宫板（VAMLP）。每个迷宫单元包含四个迷宫波导单元 (WU)。基于阻抗级数原理，建立了WU的分析模型，并通过数值模型和阻抗管实验进行验证，以确定WU和LC的声音传输损失。定量分析了热粘性损失的影响机理，明确了VAMLP由于热粘性损失而产生吸声现象。分析了波导入口处阻抗的变化规律，揭示了迷宫单元的降噪机理。结合BP网络和改进的麻雀搜索算法（ISSA），提出了BP-ISSA优化模型来优化迷宫单元的通风能力。BP网络模型可以根据结构参数准确预测共振频率，形成适应度函数。使用适应度函数作为方程的约束构建了ISSA优化模型。最后，针对给定的噪声频率获得具有最佳通风能力的结构参数组合。

本文提出了一种通风迷宫声超材料板。建立了相应的解析计算模型和数值计算模型，并通过实验验证了该模型的有效性。同时揭示了热粘性损耗的影响机理和阻抗变化规律，阐述了其降噪机理。通过构建BP-ISSA优化模型，优化了特定频率下的通风能力。其主要结论是：

(1) 通过求解基于阻抗序列原理的解析模型和数值计算模型，得到了WU的STL频率平面和复频率平面。结果表明，热粘性损耗导致该结构产生了频移和共振频率的降低。同时，STL的最大值从无限值变为可预测值。同时，热粘性损失是影响吸声系数的原因。

(2) 通过计算波导单元入口的阻抗，发现当迷宫单元处于共振模式时，阻抗是完全匹配的。当引入热粘性损失时，阻抗匹配状态受到影响，并呈现出不完全匹配。

(3)当实际噪声频率为378.5 Hz时，优化后的结构参数为l1*=213.59mm，l2*=42mm，a*=31.8mm，共振频率为378.9 Hz。验证了该结构参数组合的有效优化效果

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