基于多级Fano共振的声学超材料复合结构用于噪声衰减

文摘   2024-12-25 12:01   江苏  

基于多级范诺共振原理,提出了一种噪声衰减声学超材料复合结构(AMCS)。AMCS由外环中的I型迷宫超材料、中间环中的六通道螺旋超材料、内环中的II型迷宫超材料和内粘土中的多孔声学吸收超材料组成。仿真结果表明,在声波传播过程中,由于多级范诺共振效应,平均声衰减在0-5000 Hz范围内达到17 dB。同时,声场分布规律和流程图也验证了多级范诺共振机制是引起宽带声音吸收的关键因素。然后,通过 3D 打印制作 AMCS,并通过 AMCS 单元的声学实验验证了仿真结果。此外,为了进一步增强铁路噪声场的整体声音衰减,建立了组合列车轨道-AMCS声势垒耦合的仿真模型,发现AMCS型声势垒可以有效地阻断不同角度轮轨噪声的传播,在所有频段内噪声降低了20 dB。

提出了一种基于多级范诺共振原理的声学超材料复合结构。该结构由外环中的I型迷宫超材料、中间环中的六通道螺旋超材料、内环中的II型迷宫超材料和嵌入内部的多孔声学吸收超材料组成。通过模块化设计,它可以应用于降噪结构的应用,例如新颖的声音障碍。元细胞结构的声学仿真结果表明,由于AMCS中的多级Fano共振效应,声能在所有圆的空腔中收集,声波很难通过AMCS结构传播。STL 仿真结果表明,降噪效果在 0-5000 Hz 范围内显着,平均声学衰减高达 17 dB。在这种情况下,声场分布定律和流程图也验证了多级范诺共振机制是宽带吸声原因的关键因素,而多孔吸声材料可以进一步提高整体声衰减。3D打印AMCS元细胞结构的声阻抗管的实验结果与仿真结果一致,验证了计算的正确性。在这项研究中,AMCS 声势垒结构被用作研究声波在不同条件下通过 AMCS 声势垒后的声场分布和声衰减曲线的示例。结果表明,AMCS 声音障碍可以有效地阻止从不同方向入射的噪声。我们将测量的车轮和轨道噪声输入到模型中进行计算,发现AMCS声势垒的平均降噪在100 ~ 5000Hz频段稳定约20dB。结果表明,AMCS声学超材料结构具有方便的模块化安装性能和良好的降噪性能,从而实现了多工程场景下的宽带隔音。





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