学术前沿 | 受斐波那契阵列启发的模块化声学超材料，用于可调谐低频吸收

COMSOL 多物理场仿真技术 · 公众号 · · 2024-09-08 21:52

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针对特定功能定制的定制超材料在实际应用中具有巨大的吸引力，但在结构建立后对其进行更改可能具有挑战性。介绍了一种受斐波那契阵列启发的声学超材料的新颖设计，该设计是使用具有独特物理机制的超材料砖构建的。本设计旨在实现多功能低频吸声。斐波那契序列排列灵活调节超材料砖之间的耦合，从而提高耗能效率。此外，战略排列增强了超材料的吸波特性，使其能够在目标频段上表现出显着的吸收效果。通过控制超材料砖在密集模式和稀疏模式下的谐振效应，所提出的设计表现出频率选择性能，在低频到高频范围内分别产生323、687和1113 Hz的三个吸收峰。此外，以强耦合强度为特征的宽带吸声性能可在290至440 Hz的低频段实现连续吸声。这得到了理论分析、数值模拟和实验结果的支持，展示了声波传播特性的灵活调制。总体而言，这种功能驱动设计极大地增强了超材料的可调谐性，并为噪声控制工程中的多功能应用提供了一条有前途的途径。

总之，我们将斐波那契序列的数学概念转化为具有实际物理意义的设计。通过根据斐波那契数精确排列超材料砖，实现了宽带和频率选择性吸收响应，揭示了功能谐振器之间复杂的相互作用和潜在的物理机制。实验结果表明，在290~440Hz的低频范围内，频率选择性响应在323、687和1113 Hz处有三个离散的吸收峰。该设计展示了超材料设计方法从固定功能向可调功能的转变，并对声波的传播特性施加了一定程度的控制。总的来说，通过可调谐设计，我们展示了功能超材料在可定制吸收、可伸缩性、开发效率和易于制造方面的良好应用。所提出的设计范式为多功能材料的设计提供了一种有效的方法，并使其在各种噪声控制工程应用中具有高度的灵活性。

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