专栏名称: COMSOL 多物理场仿真技术
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学术前沿 | 非周期二维声波黑洞在带内的宽带振动衰减

COMSOL 多物理场仿真技术  · 公众号  ·  · 2024-04-18 19:53

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目的声学黑洞(ABHs)在轻量化结构的振动控制中具有广阔的应用前景。在这里,我们探索了空间无序和非均匀设计的影响,以扩大固有有限衰减带宽的周期性对应物。方法通过求解由5个ABH装饰的板带的衰减带宽最大化问题,提出了几种引入非周期布置和不同ABH剖面的策略。这些策略允许通过分析一个小的设计子集来找到合适的abh尺寸和位置,并通过实验验证。结果所确定的周期性异质ABHs可以大大延长衰减带宽,而无序相同ABHs可以增加衰减强度与相应的周期性配置相比。通过跟踪每个设计步骤的波传输和结构振动模式的演变,阐明了波衰减增强的机制。我们发现,在非周期情况下,宽波衰减归因于宽带频率强局域模式的激活。这些丰富的模式是ABH中的多频局部共振,对ABH剖面及其空间排列都很敏感。结论通过数值和实验证明,放宽对多个二维ABH的周期性要求可以将振动衰减扩展到ABH特征频率以下的宽带区域。因此,abh的非周期设计通过在不增加结构质量的情况下实现衰减强度与周期性设计相当的宽带波缓解,从而扩大了设计空间

这项工作揭示了空间无序和非均匀二维ABH设计在轻质单材料带中扩大衰减带宽的潜力。我们表明,在扩展衰减带宽中的总体衰减强度与周期对应的衰减强度相同或更好。

为了探索异构ABHs及其无序排列在宽带波衰减中的作用,并在实际环境中实现非周期ABHs,我们提出了几种设计策略,可以很容易地适应任意数量的ABHs和不同的目标频率。在结构尺寸受到严格限制(限制可能的abh数量)和宽带衰减需求强烈的情况下,这些策略可能特别有用。数值分析和实验验证证明了该策略在小设计子集内找到合适的非周期ABH排列的有效性。

所确定的非均匀ABHs结构显示出最宽的衰减带宽和与周期性对应的衰减强度相当。相同或分级ABHs的无序排列表现出增强的衰减水平。因此,异构和无序的ABH设计可以根据特定的应用需求实现不同的衰减场景,特别是在结构尺寸限制可能的ABH数量的严格限制下。我们将非周期ABH中衰减带宽的拓宽和衰减强度的增强归因于宽带频率下强局域模式的激活。这些丰富的模式与ABH中的多频局部共振有关,这些共振对ABH剖面及其空间排列都很敏感。因此,非周期ABH设计有望通过保持与许多应用相关的结构刚度来克服传统局部谐振器的窄带性能[21,24,25]。我们相信,所提出的设计程序和报道的非周期ABH的优势将推动进一步利用空间无序和非均匀ABH剖面在不同结构中有效地抑制振动,并将促进ABH概念在更广泛的应用中使用。


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