学术前沿 | 高阶超材料的低频宽带声学吸收性能及其混合阻尼耦合研究

COMSOL 多物理场仿真技术 · 公众号 · · 2024-12-01 21:04

正文

被动线性材料的因果性决定了声学吸收性能和结构厚度，这使得设计接近因果性极限的薄结构变得具有挑战性。与传统的单一阻尼结构不同，本文提出了一种基于高阶超材料的混合阻尼耦合方法，使得在更薄的结构中也能实现优越的吸声性能。在混合阻尼高阶单元中，第一阶峰值采用过阻尼阻抗，以将峰值向较低频率移动，而不改变结构厚度，同时高阶峰值则通过匹配阻尼阻抗进行优化，避免其吸声能力的快速衰减。通过为两个第一阶峰引入相反的相位，在严格耦合下也可以在较低频率实现100%的吸收。由于接近完美的吸声效果，高阶峰值可以实现更稀疏的排列和更低的峰密度，这导致峰频率的限制减少，从而提供了更大的设计灵活性。因此，在固定峰值数量的情况下，可以在高阶超材料中实现更宽的吸声带宽和更优异的性能。通过严格耦合15个高阶单元，获得了一种宽带亥姆霍兹超材料，在135毫米厚度下，210–1860 Hz范围内具有95%的平均吸收率，并通过方形阻抗管的实验进行了验证。该超材料为低频宽带吸声设计提供了一种新途径，并在噪声控制工程应用中展示了巨大的潜力。