学术前沿 | 通过拓扑优化实现水下吸声的轻质耐压夹层超表面

COMSOL 多物理场仿真技术 · 公众号 · · 2024-12-18 21:31

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在工程应用中，人们一直在追求具有轻质和耐压特性的低频和宽带水下吸声材料。然而，现有的水下减震器受到传统设计理念的限制，难以在这些要求之间取得平衡。值得注意的是，这些吸收材料的声学性能往往会随着静水压力的增加而大幅恶化。为了解决这一差距，这项工作提出了一种三明治超表面构型，并系统地进行拓扑优化，以实现特定轻量化和耐压约束下的极限吸收性能。夹层超表面由两层橡胶和一个中间的多孔结构组成，橡胶层用作能量耗散成分，多孔结构用作执行波操纵和耐压的核心。随后的数值模拟和实验测试证实，优化的超表面可以实现优异的耐压能力和卓越的声学性能：从 1 kHz 到 10 kHz 的平均吸收系数超过 0.9，即使在 3 MPa 的静水压力下，平均吸收系数的变化也仅为 2.2 %。提出了一种半解析方法来揭示高效吸声的关键在于优化的多孔结构操纵的强跨模态转换。横向模式的形成大大增强了橡胶消散弹性波的能力。该工作为水下工程应用中系统构建轻质耐压减震器提供了一种新颖的理论工具。

学术前沿 | 通过拓扑优化实现水下吸声的轻质耐压夹层超表面

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