学术前沿 | 设计、分析和实验验证的声学黑洞结构的宽带吸声

COMSOL 多物理场仿真技术 · 公众号 · · 2024-08-07 21:36

正文

基于慢声效应和结构优化设计的优点，我们提出了一种增强型声学黑洞（SBH）结构，用于低频宽带声吸收。该SBH结构由五个基本吸声单元（BAUs）组成，每个BAU包括一个微穿孔板、一个折叠腔、一个狭缝和一个梯形腔。该设计旨在通过微缝结构产生额外的共振峰，以实现宽带声吸收。提出了一种结合体积分解和耦合方法（VDCM）和传输矩阵方法（TMM）的理论方法，用于预测SBH的吸声特性。使用数据驱动的克里金代理技术使开发的理论模型在预测吸声特性方面非常准确。在此基础上，通过遗传算法（GA）获得五个BAU腔体的优化尺寸。使用理论公式、有限元模拟和实验测量对优化后的SBH结构的声吸收系数进行了评估，结果表明它们具有良好的一致性。数值和实验结果表明，优化后的SBH在100至1600赫兹的频率范围内具有超过0.9的吸声系数，显示出近乎完美的宽带吸声性能。这项研究为针对吸声应用的SBH结构设计提供了一种快速有效的方法。

为了实现低频和接近完美的宽带吸声效果，提出了一种新的SBH结构。通过理论分析、有限元仿真和实验研究，验证了该设计和分析方法的有效性。COMSOL仿真和实验测量结果表明，所建立的基于替代参数更新的理论模型是准确的，可用于基于遗传算法的SBH优化过程，以提高计算效率。由于慢声效应，提高了低频区域的吸声能力。不同频率范围内的不同bau能有效地吸收声能。理论和实验结果都表明，该SBH结构在100 ~ 1600 Hz的频率范围内表现出近乎完美的宽带吸声能力。本研究为复杂SBH结构的设计和分析提供了一种有效的方法。