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 designJ. 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。

相关推荐
zx_741484818 分钟前
PyQt5 环境搭建保姆级教程:PyCharm + QtDesigner + PyUIC 完整配置
开发语言·qt·pycharm·pyqt
Gu_WenYun27 分钟前
端侧AI规模化落地,算力景气延续,科技基金怎么选?
人工智能·科技·金融
Soari29 分钟前
交换机转发模式
开发语言·网络·php
deviant-ART39 分钟前
Java 并发编程:深入理解 synchronized 的使用与原理
java·开发语言·后端
kimnoic1 小时前
Python中使用封装类还是函数以及它们的区别
开发语言·python
代码什么用1 小时前
Java Web 21-22
java·开发语言·web
青柠之夏cc1 小时前
Python Java PHP底层对比:内存并发性能全解析
开发语言·python·线程
半亩码田1 小时前
C#转Python第5.1篇:异步编程:asyncio vs async/await,语法相似但机制不同
开发语言·python·c#
andrsted1 小时前
练题簿在线免费刷题:Excel、CSV 批量导题与章节整理,把现成表格变成日常题库
学习·微信小程序·小程序·刷题·在线刷题
LMT_Lanmantech1 小时前
MATLAB合规管理:如何避免侵权赔偿和审计风险
开发语言·matlab·信息可视化