前沿文献:基于分形理论的迷宫式声学超材料设计与吸声分析

文摘   2024-10-30 17:01   江苏  

声学超材料具有特殊的吸声能力。本研究介绍了一种分形迷宫式声学超材料(FLAM),用于1-2000 Hz低频范围内的吸声分析。分形曲线是通过等腰直角三角形的边代换来构造的,该等腰直角三角形由于具有自相似性而被选为空间递归子结构。然后开发了FLAM模型。考虑窄通道内的热粘性损失,从理论上分析了该模型的吸声系数,因为结构参数对吸声影响较大。综合分析了前三阶的低频吸声性能,并研究了不同分形阶组合下的结构重构,以优化FLAM。结果表明,FLAM在50 ~ 400 Hz范围内达到了近乎完美的吸收,前三阶的峰值吸收系数分别为0.99、0.95和0.95。前三阶flam的总厚度分别为0.032、0.021和0.019,在深亚波长尺度上具有良好的低频吸声性能。

本文设计了一种基于三角形分形曲线的FLAM。用热粘性理论计算了吸波系数。建立了有限元仿真模型,考察了关键参数对FLAM的影响。

最后,在前人研究积累的基础上,对FLAM进行了重新设计,分析了FLAM在第一低频段的吸声性能。可以得出以下结论:(1)本文提出的吸声器是一种新型的基于分形曲线和迷宫声学超材料相结合的FLAM。随着分形阶数的增加,声波的有效传播长度延长,在低频范围内实现多波段吸收。

(ii)基于确定的参数影响模式重建的FLAM显示,在50-400 Hz范围内吸声接近完美,前三阶的吸声系数分别为0.99、0.95和0.95。

(iii)已证明所提出的FLAM在深亚波长尺度上起作用。提出的前三阶flam的总厚度分别为0.032、0.021和0.019 <s:2>。

本研究提供了一种处理低频噪声的新方法,目的是减轻其不利影响。

与现有吸声超材料相比,FLAM工作在深亚波长尺度,使其更容易与现有结构(如面板)集成。此外,由于其高度对称的结构,更适合大规模应用,使所提出的FLAM成为低频噪声耗散的理想候选者。




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