学术前沿 | 通过具有局部谐振器的压电材料实现可调节的水下声波吸收

COMSOL 多物理场仿真技术 · 公众号 · · 2024-12-02 09:00

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近年来，压电复合材料因其在调节参数方面的适应性，广泛应用于水下消声涂层的设计。然而，这些材料也存在一些不足，如单一的耗能机制、狭窄的带宽以及较差的低频声波吸收性能。本研究提出了一种结合压电复合材料与局部谐振单元的声学复合结构，通过压电能量耗散机制和局部谐振机制的耦合作用，有效提高了结构的声波吸收性能。与传统的声学结构相比，所提出的声学复合结构不仅在低频范围内具有较强的声波吸收效果，还通过连接并联阻尼电路丰富了中高频的吸收模式。在此基础上，进一步研究了压电参数和谐振器形态特性对结构声波吸收性能的影响，结果表明，该设计结构具有可调节的声波吸收性能特征。此外，针对影响结构声波吸收性能的关键因素进行了优化，从而实现了更好的宽带声波吸收性能。本研究为低频宽带可调水下声波吸收涂层的开发提供了宝贵的思路。

在本研究中，我们提出了一种具有可调声波吸收性能的水下消声涂层设计理念，该设计结合了压电能量耗散机制和局部谐振机制，以解决水下消声涂层在低频吸收和中高频吸收之间难以协调的瓶颈问题。首先，通过使用Yamada模型获得0-3型压电复合材料（PCM）的等效参数，并将这些等效参数应用于已建立的声学模型，系统地研究了PCM-LRU的可调声波吸收性能。此外，还通过数值模拟研究了谐振器类型、并联电路参数和压电陶瓷体积分数对PCM-LRU声学性能的影响。模拟还用于考察谐振器的尺寸和类型、并联电路参数以及压电陶瓷体积分数对PCM-LRU声学性能的影响。研究结果表明，与传统声学结构相比，PCM-LRU不仅具有强大的低频声波吸收效果，还通过连接并联阻尼电路丰富了中高频声波吸收模式。此外，为了提高结构的声波吸收性能，进一步优化了并联电路的参数。优化后，在研究的频率范围内，声波吸收效果显著提高。总之，本研究为水下声学结构的多种应用提供了有前景的新概念。