Composite Structures 半开放水下周期声学超材料的增强吸声特性

文摘   2024-12-30 12:04   江苏  

    为了提高水下低频声音吸收性能,结合声能耗散的狭缝和橡胶剪切变形机制,提出了一种半开放的水下周期声学超材料(SUPAM)。根据裂隙吸收理论与粘弹性材料的复粘度模型,利用传递矩阵法建立了预测SUPAM吸声性能的理论模型,其正确性通过其结果与有限元方法和实验结果吻合较好得到验证。讨论了声入射角、狭缝宽度、空气腔高度和橡胶厚度对SUPAM吸声性能的影响。结果表明,狭缝的引入使声波能够有效地进入SUPAM,增加橡胶阻尼层剪切变形所耗散的声能量。在176-5000 Hz的超宽频率范围内,基于阶梯设计的元胞组成的SUPAM的声吸收系数几乎可以达到0.8以上,这表明了其非凡的低频声音吸收性能。


结合狭缝和橡胶剪切变形机制进行声学能量耗散,我们提出了一种具有良好低频声音吸收性能的半开放水下周期声学超材料(SUPAM)。理论模型是使用转移矩阵方法建立的,其正确性通过其结果与有限元和实验结果的良好一致性得到验证。研究了SUPAM的吸声特性。主要发现总结如下:

(1)狭缝的引入使外部声波能够有效地进入SUPAM结构,增加橡胶阻尼层剪切变形所耗散的声能量,增强吸声性能,特别是在低频范围内。

(2)空气腔的存在可以增强橡胶阻尼层的变形,导致声音能耗增加。低频和高频声能主要由薄、厚厚的橡胶阻尼层耗散。

(3)对SUPAM的两个橡胶阻尼层采用阶梯厚度设计的元单元是一种有效的策略,可以获得声吸收系数几乎大于0.8的超宽频率范围(176-5000 Hz)。

(4)SUPAM的吸声性能对声波的入射角具有较强的鲁棒性。对于所考虑的频率范围(0-5000 Hz),低频范围内的声音吸收系数随着狭缝宽度的增加而减小。

随着橡胶厚度的增加,吸声系数的峰值移动到更高的频率,峰值区域的宽度变宽,峰值振幅增大。本文仅在大气压力和平面波入射条件下证明了SUPAM的低频和宽带吸声性能。未来将进行进一步的研究,以研究超高水压和其他类型的声波入射下的性能。





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