低频声波衰减对于传统的多孔介质吸声材料来说几乎是不可行的。相反,局部共振声学超材料作为空间频率滤波器,能够有效降低低频噪声。然而,这些材料的带隙可能较窄,会给主系统增加额外的质量,并且仅在特定调整的频率范围内起作用。因此,本文提出了一种设计三维(3D)手性蜂窝型声学超材料(MAM)的方法,该方法基于声学圆二色性(ACD)、负有效质量和局部共振机制(LRM)。本文还使用遗传算法(GA)来最大化声传输衰减并拓宽带隙。通过使用可用的实验数据对模拟结果进行验证,证明了该方法的准确性。本研究的关键思想是利用现代优化工具自动设计MAM结构。开发的GA旨在在所需的低频范围内最大化平均声传输衰减(STL)。通过优化与质量块配置相关的结构参数,包括旋转和线性偏移以及它们的几何尺寸(包括长度和宽度),在0-850 Hz的频率范围内实现了平均STL的35%改善和超宽带隙(带隙覆盖因子BGCF为507%)。采用COMSOL LiveLink与MATLAB作为实用的协同仿真工具,以找到结构参数的最佳值。结果表明,在感兴趣的频率范围内,带隙覆盖因子(BGCF)为507%,验证了所开发算法的可靠性。此外,通过探索单元细胞的负有效参数和位移矢量场,证明了声抑制的可能性。所提出的设计在研究的频率范围内打破了质量定律,并显示出优异的性能。最后,通过敏感性分析观察了所选几何参数对目标函数的影响,这展示了优化算法在开发MAM方面的实用性。
|