学术前沿 | 嵌入多孔材料的弯曲声学超材料低中频宽带吸声性能研究

COMSOL 多物理场仿真技术 · 公众号 · · 2024-09-07 21:32

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随着交通行业的快速发展，噪声问题日益严重，传统的噪声控制技术存在低频噪声吸收效果差、带宽窄的问题。本研究提出了一种嵌入多孔材料的可变截面弯曲声学超材料（VS_BAMP）。基于Johnson-Champoux-Allard (JCA) 模型和阻抗传递方法开发了VS_BAMP 单元的理论模型。厚度为48 mm的吸声单元在736 Hz下表现出准完美（α = 0.98），在574 Hz-966 Hz范围内表现出高效吸声（α > 0.8）。该工作基于复频平面方法，设计了在离散频率下表现出完美吸声效果的吸声单元。通过并联两个不同的吸声单元（PVS_BAMP），可实现424 Hz至1500 Hz的高效吸声。最后通过实验和仿真验证了理论模型的准确性，证实了PVS_BAMP结构在中低频段的有效吸声效果。所制备的PVS_BAMP可调性强、带宽宽、制备工艺简单。我们的研究结果可以为实际应用的紧凑型低中频宽带降噪结构的设计提供理论依据。

本研究构建了由嵌入式多孔材料和弯曲空间结构组成的复合声学超材料结构。提出了VS_BAMP吸声单元，并建立了VS_BAMP吸声系数的理论模型。通过理论和仿真，证明了VS_BAMP单元低频和中频的优越吸声性能。为了满足工程应用中可调性的要求，本研究表明，通过调节多孔材料的孔隙率和流动阻力，以及VS_BAMP单元的通道弯曲数，可以调节等效声阻。第一通道l1的入射宽度、第一通道h1的路径宽度、第二通道h2的路径宽度和第三通道h3的路径宽度是调节VS_BAMP单元的声阻抗和电抗的重要参数。为了在超宽中低频带中实现良好的吸声能力，基于复杂频率分析方法，将两个VS_BAMP单元并联起来，设计了PVS_BAMP复合结构。该结构的厚度为48 mm，在424Hz~1500Hz的范围内获得了有效的吸声效应。实验验证了该超材料良好的吸声性能。

与其他结构相比，PVS_BAMP结构具有巨大的优势，包括良好的可调性、较宽的吸声带宽和处理难度低。此外，通过优化其参数，它可以满足不同频段的降噪要求。因此，该结构在工程应用中是一个很好的候选结构。此外，为了提高声学超材料的设计效率，未来的研究工作将包括机器学习来设计声学滤波器结构。