Comsol 局域共振型声学覆盖层吸声特性研究

   

利用局域共振结构是提升声学覆盖层低频吸能性能的常用手段，本文将局域共振型声子晶体结构嵌入到声学覆盖层中，旨在利用局域共振机制提升声学覆盖层的低频吸声性能。 给出了声子晶体板型声学覆盖层结构示意图，其中包括三个部分： 硅橡胶软材料基体、声子晶体板、钢板背衬。 建立了描述声学覆盖层结构的笛卡尔坐标系，其中x，y分别为声学覆盖层两个周 期阵列方向。 建 立声子晶体板型声学覆盖层和梯度型声学覆盖层FEM数值仿真计算模型，  并利用解析法验证数值仿真模型的有效性。 计算结果表明两种局域共振型声学覆 盖层提升低频吸声效果明显。 结合吸声系数曲线及位移矢量场，探究了两种局域 共振型声学覆盖层的吸声机制。 对于声子晶体板型声学覆盖层，空腔共振与散射 体谐振的协同作用是提升其低频吸声性能的关键。

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给出了10Hz至10000Hz范围内纯橡胶、圆柱空腔、声子晶体板型三 种声学覆盖层的吸声系数。若将吸声系数为0.4作为有效吸声的参考值），空腔型声学覆盖层的有效吸声频带为600Hz至1500Hz和5800Hz 至10000Hz。声子晶体板型声学覆盖层的有效吸声频带为600Hz至2100Hz和 5800Hz至9400Hz，在600Hz时具有1/50倍的亚波长吸声特性。相较于纯橡胶声 学覆盖层，空腔型和声子晶体板型声学覆盖层在中低频具有更好的吸声性能。特 别在1000Hz以内，纯橡胶声学覆盖层的吸声性能非常有限。由于声学覆盖层在高 频范围的吸声依赖于粘弹性材料本身的耗散，而空腔的加入导致粘弹性橡胶基体 的减少，在高频范围的吸声性能受到影响。空腔大大改善了小于1000Hz的吸声性 能，但吸声频带较窄，仅为900Hz。声子晶体结构的嵌入在1800Hz处带来一个新 的吸收峰，吸收系数可达0.5，将吸声系数达到0.4以上的频带从1500Hz拓宽到 2100Hz。这表明声子晶体板的嵌入对拓宽吸声频段，提升声学覆盖层低频吸声性 能是可行有效的。

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