专栏名称: COMSOL 多物理场仿真技术
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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

COMSOL 多物理场仿真技术  · 公众号  ·  · 2025-01-03 21:45

正文

为了增强水下低频声波的吸收性能,提出了一种半开放式水下周期性声学超材料(SUPAM),该材料结合了狭缝和橡胶剪切变形机制来实现声能耗散。根据狭缝吸声理论和粘弹性材料的复粘度模型,使用传递矩阵法建立了预测SUPAM声波吸收性能的理论模型,并通过与有限元法和实验结果的良好吻合验证了该模型的正确性。文中讨论了声波入射角、狭缝宽度、空气腔体高度和橡胶厚度对SUPAM声吸收性能的影响。研究发现,狭缝的引入使声波能够有效进入SUPAM,并通过橡胶阻尼层的剪切变形增加声能的耗散量。对于基于阶梯设计的超单元组成的SUPAM,声吸收系数在176–5000 Hz的超宽频率范围内几乎可以达到0.8以上,展示了其卓越的低频声吸收性能。

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。







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