双面框架式板型声学超材料的低频隔声特性研究

根据经典的质量定律,传统的轻量化结构在低频时通常无法提供良好的隔声性能。针对低频声波的控制,本文提出了一种具有双面框架的板型声学超材料。利用有限元方法计算了其声传输损失和色散关系,并结合振动模态详细分析了该超材料结构形成低频隔声的物理机理;研究了超材料结构的几何参数对其声传输损失的影响。结果表明:所设计的超材料结构能够实现低频宽带隔声效果,隔声峰频率主要受谐振器的固有频率的影响;隔声谷由谐振器和基体板的质量比决定。框架的对称分布,可以实现双峰耦合,拓宽隔声峰频带。本文提出的框架式板型声学超材料为低频宽带降噪领域的声学超材料结构的设计提供了一定的参考价值。

基于框架式板型声学超材料低频隔声模型设计

与传统隔声材料相比,声学超材料具有更好的低频隔音性能,因此广受欢迎。针对低频声波的控制,本文提出了一种圆形孔洞的框架式板状声学超材料。该结构由周期性方形超材料单元的大型板式声超材料和带有相同圆孔的双面框架组成。根据有限元法研究了框架型板状声超材料的声传输损失,计算了其等效质量密度和振动位移,并结合其在隔声峰和隔声谷处的振动模态进一步验证了所设计的超材料结构的局域共振特性。所设计的超材料结构能够在100~500 Hz频率范围内有效隔离低频噪声,最大可得到43 dB的声衰减,从而达到良好的低频隔声效果。随后,讨论了单一几何参数和材料参数对传声损耗的影响。所提出的框架型板声超材料结构可能有助于声超材料的工程应用。