随着高速列车等交通工具的速度不断提高，噪音和振动水平也在显著上升，极大地影响了乘客的舒适度和整体旅行体验。在运输车辆中，窗户透明度的必要性对采用高隔音或减振材料提出了挑战，使窗户在隔音和减振方面变得脆弱。本研究采用综合材料-结构设计理念开发多功能元窗，确保最佳的采光，同时实现出色的隔音和减振能力。两种截然不同的结构，即超轻薄板型超材料和高稳定厚板型超材料，被精确设计以适应不同的应用场景。利用梯度参数多单元并行协同耦合设计，拓宽了隔声工作带宽。元窗口集成了局部共振单元，通过低频共振使声波和振动能量消散，有效增强了窗口的隔音和减振能力。该设计包括多种透明材料的复合材料，将隔音、减振和透光融为一体，消除了对不透明隔音或阻尼材料的需要。因此，它具有跨部门应用的巨大潜力，包括火车、飞机和建筑领域。
综上所述，我们对多功能集成元窗进行了研究，以满足高速运输车辆在设计降噪窗时对减振、隔音和透明度的要求。通过结合不同性能的透明材料，设计出一种薄板型超材料，具有轻质特性，但承载能力和稳定性有限。因此，为了提高稳定性，设计了一种厚板型超材料，通过增加板的厚度和填充弹性硅胶框架。设计采用材料-结构一体化的方法，结合微结构设计，克服了透明材料的特性与减振隔音技术要求之间的内在矛盾。
有限元分析表明，两种超材料在低频范围内均表现出优异的隔声性能，能有效地衰减振动，降低辐射噪声。此外，该设计允许通过调整结构参数和硅胶弹性来显着调整带隙，显示出灵活设计的有利特性。
关于大窗户，薄板型超材料提供了有效的隔音和减振，并增加了重量轻的优势。在小窗的设计中，厚板型超材料不仅在隔音和减振方面优于薄板型局部共振材料，而且克服了传统薄板型声学超材料存在的张力控制困难和易松弛等问题。通过全波场模拟和实验测试验证，证实了这两种超材料具有优异的减振和隔音性能。本文提出的多功能集成元窗设计方法以及材料结构和微结构一体化设计理念与现代交通工具（如高速列车）的减振和隔声要求非常吻合。这种设计理念为设计独特材料的减振和隔音功能提供了可行的解决方案。
往期前沿文献汇总超链接： 前沿文献
【免责声明】本文中的部分图片和文字信息来自文献或网络，版权归原作者所有。本文对发表的观点和分析保持中立，如果您认为文中信息来源或者分析观点有误，又或者涉及版权、隐私等问题，请及时私信联系，本公众号将立即删除修改。
