Comsol 通过多共振设计提高声振超材料板的隔声性能

   

参考文献：Janssen S, Van Belle L, de Melo Filho N G R, et al. Improving the noise insulation performance of vibro-acoustic metamaterial panels through multi-resonant design[J]. Applied Acoustics, 2023, 213: 109622.

在寻找具有良好噪声和振动衰减的轻质解决方案时，局部共振振动声学超材料由于其阻带特性而成为有希望的候选材料。 当在声音传输环境中使用时，振声超材料面板可以在目标频率范围内大大提高隔音效果。 然而，它们的峰值绝缘通常伴随着很强的绝缘倾角，这阻碍了它们的广泛适用性。 最近，人们提出了一种利用多重共振来降低绝缘倾角的方法。 虽然很有希望，但这一概念尚未在具有代表性尺寸的可实现的超材料面板上得到证明。 因此，本研究扩展并展示了减小倾角的概念，以解决可实现的超材料面板的隔音倾角，同时保持峰值绝缘性能和总质量。 为此，提出了一种基于集总参数和有限元模型优化的设计框架，以有效实现可实际实现的双折叠式超材料面板设计。 实现了一种多共振的超材料面板，并将其与总质量相当的传统超材料面板的隔声性能进行了比较。 声插入损耗测量表明，在保持峰值绝缘性能的同时，明显改善了绝缘倾角。

• 模型构建
• 谐振器为局域共振型的声学超材料板结构，多谐振设计通过引入多个具有不同频率的谐振器，扩展了超材料的频率响应范围。每个谐振器在其特定的频率上共振，从而增强了对特定频率的声波隔离效果。 多谐振设计的超材料面板可以通过谐振器的共振来实现声波的能量吸收和反射。当声波达到谐振频率时，谐振器会吸收能量，减少声波的传播。同时，通过合理设计谐振器的位置和结构，一部分声波能量可以被反射回声源，进一步降低传播到隔离区域的声波能量。
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仿真计算频率范围为 range(20,10,1800)Hz ，网格划分采用的网格大小满足 1/6 波长条件，网格数量为 132421 个，网格示意图如下：

 隔声计算模型网格划分

上下摆动

左右摆动

模态分析

计算得到仿真结果如下：

 超材料板隔声曲线

常规的声学超材料板的声传递损失曲线在350Hz时，隔声量为25.5dB，在372Hz时隔声量为20.4dB，由于共振的作用使得共振频率处的隔声量明显提升，但在此频率高的一段频带内隔声效果会有所下降。

应力云图

位移云图

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