学术前沿 | 具有高能量吸收和优异的吸音性能的多功能复合板网状结构

晶格结构具有特殊的机械性能，如特定的刚度、特定的强度、能量吸收和隔音等性能。工程应用中多功能化的趋势对晶格结构的机械和隔音性能的集成提出了新的要求。本文通过将传统体心立方板晶格（BCCP）和简单立方板晶格（SCP）晶格结构相结合，提出了一种多功能复合板晶格结构（SBHP），并通过理论建模、仿真分析和实验验证对其隔音和能量吸收性能进行了研究。通过阻抗匹配和系统阻尼状态分析，研究了孔径和板厚对吸音性能的影响。结果表明，SBHP-1的平均吸音系数比BCCP和SCP分别增加了24%和62%，其标准化半吸音带宽分别扩大了45%和89%。通过强耦合和弱耦合的协同机制构建的异质晶格结构具有更出色的宽带吸音效果。这项工作为设计具有优异宽带吸音和高能量吸收的多功能轻质结构提供了一种有效的方法。

总之，我们提出了一种新的晶格结构SBHP，通过混合传统体心立方板（BCCP）和简单立方板（SCP）晶格结构来实现。通过理论建模、FE仿真分析和实验验证，研究了SBHP以及BCCP和SCP结构的吸声和能量吸收性能。理论分析和数值模拟结果与从阻抗管测试获得的声吸收系数曲线很好地吻合，验证了理论分析和数值模拟的准确性。研究表明，与传统的BCCP和SCP结构相比，所提出的晶格结构具有更高的能量吸收和更好的优良吸声性能。SBHP-1的平均吸声系数提高了24%，比BCCP和SCP提高了62%，其归一化半吸声带宽分别扩大了45%和89%。随着孔径的增加，即声阻抗峰值（即极点和零点）向高频端偏移，最大吸收系数增加，吸收带宽减小。当孔径为0.8mm时，SBHP结构达到完美的阻抗匹配和临界耦合状态。

通过三层SBHP结构的声学FE模拟表明，随着第一层孔径的增加，平均吸声系数和归一化半吸声带宽逐渐增加，而随着第二层和第三层孔径的增加而逐渐减小。当第二层孔径较小时，第二和第三吸收峰在频率范围0.7-1.5kHz内保持一致。当第三层孔径较小时，第一和第二吸收峰在频率范围0.4-1kHz内保持一致。在各种几何参数中，SBHP对外部孔径最为敏感。通过强弱耦合的协同机制构建的异质晶格结构具有更突出的宽带吸声效果。准静态压缩期间内壁和外壁之间的相互作用使得SBHP晶格结构能够产生高且稳定的高平台应力。与BCCP和SCP相比，SBHP-1的SEA提高了31%和23%，PS提高了54%和44%。