专栏名称: COMSOL 多物理场仿真技术
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学术前沿 | 非完美声学黑洞夹层板的振动声抑制

COMSOL 多物理场仿真技术  · 公众号  · 科技自媒体  · 2024-09-03 21:25

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声学黑洞(ABH)最近被证明是一种有效的振动控制技术。然而,由于ABH的刚度低、结构不连续和制造困难等缺点,其实际应用受到限制。因此,本研究提出了一种填充缺陷ABH(F-IABH)的多层复合夹芯板,以衰减多层夹芯板的振动和声辐射,增强其承载能力并保持其拓扑连续性。F-IABH 的结构阻尼特性和振动声学响应是使用基于辛和离散辐射模型方法开发的半解析波传播模型来确定的。利用有限元方法验证了分析模型的准确性和有效性。结果表明,F-IABH能够实现宽带减振降噪效果,且减振降噪效果明显优于ABH结构。此外,还分析了均匀板、ABH 板和 F-IABH 板的减波特性。结果表明,F-IABH板的波阻尼远高于均匀板,并且会产生更多的传播波来耗散能量。此外,F-IABH 和 ABH 板中每个波的阻尼衰减特性表现出类似的变化。但由于F-IABH板的波模阻尼特性变化范围较大,其对结构振动和声辐射的控制效果比ABH板更为显着。

本研究提出了一种填充非完美abh的多层复合夹层板,以衰减多层夹层板的振动和声辐射。利用变量交换解耦方法,得到了F-IABH板的一系列独立的振动控制微分方程。通过求解辛对偶系统中各向同性板自由弯曲振动的特征值问题,以辛解析形式得到了波的波传播参数和波形。基于波在F-IABH板不连续性上的传播关系,建立了F-IABH板强迫振动的半解析解框架。结合上述离散辐射模型,导出了放置在无限挡板上的F-IABH板的辐射声功率。

利用COMSOL有限元软件验证了该方法的准确性和有效性。结果表明,与均匀板相比,D-FIABH板对所有共振峰都实现了宽带振动衰减和降噪,最大衰减幅度约为30 dB。与未填充的IABH相比,D-FIABH板表现出更好的振动和降噪特性。此外,D-FIABH板抑制结构振动和声辐射衰减的能力没有减弱。相比之下,D-FIABH板的振动和降噪性能比ABH板更显著。

随后,分析了不同板结构的波型阻尼特性。结果表明:D-FIABH板各波阶阻尼特性范围远大于均匀板各波阶阻尼特性范围,且结构内产生的传播波数随频率变化。此外,与均匀板相比,D-FIABH板产生更多的传播波来耗散能量,从而对结构产生更显著的衰减作用。事实上,这就是D-FIABH板实现宽带声振响应衰减的物理机制。对比D-FABH板的波模阻尼,我们发现在相同截断波数下,两种结构产生的传播波在整个频域上是不同的,但两种结构中每个波的波模阻尼特性的变化趋势非常接近。但D-FIABH板的波模阻尼变化幅度大于D-FABH板。此外,D-FIABH板各阶传播波产生的频率比D-FABH板产生的频率低。综上所述,D-FIABH板的结构减振降噪效果优于D-FABH板。

此外,数值研究了几何参数和iabh数量对D-FIABH振动和声辐射特性的影响。 结果表明,残余厚度对D-FIABH板上产生的传播波的数量和截止频率有显著影响。 与残余厚度相比,IABHs的长度和数量只影响每个波在一定频率范围内的模态阻尼。

总之,本文提出的F-IABH板在保证结构刚度和强度增加的同时,具有优越的减振和降噪特性。 此外,它还具有更广阔的工业应用前景。


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