学术前沿 | 增强型半开放式水下周期声学超材料的声吸收特性

通过结合缝隙和橡胶剪切变形机制来实现声能耗散，我们提出了一种具有优异低频声吸收性能的半开放式水下周期声学超材料（SUPAM）。理论模型采用传输矩阵方法建立，并通过与有限元分析和实验结果的良好吻合验证了其正确性。对SUPAM的声吸收特性进行了研究，主要发现总结如下：

(1) 引入缝隙使外部声波能够有效进入SUPAM结构，增加了通过橡胶阻尼层的剪切变形所耗散的声能量，从而增强了声吸收性能，尤其是在低频范围内。

(2) 空气腔的存在可以增强橡胶阻尼层的变形，从而导致声能耗散的增加。低频和高频声能主要由薄胶和厚胶阻尼层分别耗散。

(3) 对SUPAM的两层橡胶阻尼层采用阶梯厚度设计的单元是一种有效策略，能够实现超宽频范围（176–5000 Hz），其声吸收系数几乎始终大于0.8。

(4) SUPAM的声吸收性能对声波的入射角具有鲁棒性。在考虑的频率范围（0-5000 Hz）内，低频范围内的声吸收系数随着缝隙宽度的增加而降低。随着橡胶厚度的增加，声吸收系数的峰值向高频移动，峰值区域的宽度扩大，峰值的幅度增大。

在本文中，SUPAM的低频和宽带声吸收性能仅在大气压力和平面波入射条件下进行了演示。未来将进一步研究在超高水压下和其他类型声波入射条件下的性能。