Comsol&Matlab 可扩展设计的高效低频阻抗调制声学超材料

参考文献：Zeng K, Li Z, Guo Z, et al. Acoustic metamaterial for highly efficient low-frequency impedance modulation by extensible design[J]. Extreme Mechanics Letters, 2022, 56: 101855.

我们提出了一种创新的低频宽带高效吸声材料，其设计原则涉及物理解耦，旨在在低频减缓和增加工作频率之间取得平衡。我们利用相移嵌入管来减轻低频噪声，在240 Hz处实现了准完美吸收(吸收率超过0.9)，峰值高达0.998。蛛网状结构通过操纵相干耦合效应，实现了高效的声阻抗调制，并通过调节谐振特性以及原始单元与扩展单元的比例，持续拓宽了在低频领域的有效工作频率范围。实际测量数据验证了我们所采用的理论方法和数值方法的准确性。我们进一步证实了超材料的宽带潜力，分析结果显示其在301 Hz到534 Hz范围内（即工作波长的1/22）实现了连续准完美吸收。通过相干耦合、声阻抗匹配以及系统阻尼的详细解释，我们阐明了该材料的基本物理特性。综上所述，我们的研究为解决轻型结构在极低频宽带噪声方面提供了可行且有效的解决方案。

• 模型构建
• 
• 网格划分
• 

• 边界条件与求解器range(150,2,400)Hz

理论部分

论文结果

复现结果

     采用COMSOL Multiphysics软件进行数值模拟。采用压力声学模块模拟入射声场，并在所提出的超材料上设置热粘性声学模块，以考虑热损失和粘性损失。将空气与结构之间的界面作为声硬边界，设置空气的材料参数为:密度1.2 kg/m3，声速343 m/s，动粘度1.814 × 10−5 Pa s，恒压热容1004 J/(kg K)，比热比1.4，流体热效率0.0258 W/(m K)，热膨胀系数3.41 × 10−3 K−1。理论和数值结果吻合较好，从而验证了所提分析模型的正确性。在240 Hz(解析峰和数值峰分别为0.973和0.998)和268 Hz(解析峰和数值峰分别为0.994和0.995)下，总厚度为51 mm，吸声效果接近完美，与工作波长相比，吸声效果小于1/28。因此，低频吸收能力体现在基本结构中。

• 声学案例汇总超链接： 声学专辑
• 流热固案例汇总超链接： 流热固选耦
• 有需要源文件和定制讲解视频的可以与我们联系，优惠不断。

【免责声明】本文中的部分图片和文字信息来自文献或网络，版权归原作者所有。本文对发表的观点和分析保持中立，如果您认为文中信息来源或者分析观点有误，又或者涉及版权、隐私等问题，请及时私信联系，本公众号将立即删除修改。