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
OPEN-F5 小时前
C++进阶教程:继承与多态
开发语言·c++
Bruce_Liuxiaowei7 小时前
从基础理论开始学习人工智能(三):盲目搜索——从状态空间图到生成-测试范式
人工智能·学习
luj_17687 小时前
大律师考核应重能力与科技素养
c语言·开发语言·c++·经验分享·算法
有梦想的骇客7 小时前
PyTorch学习笔记
pytorch·笔记·学习
陈年老古董8 小时前
深度学习入门笔记:从神经元到深度神经网络
人工智能·笔记·深度学习·神经网络·学习
leonkay8 小时前
C# 特性(Attribute)——【1】基础讲解
开发语言·青少年编程·面试·c#·.net·个人开发
harmful_sheep8 小时前
java group by常见用法
java·开发语言·python
SKH.8 小时前
Linux软件编程(6)线程间通信
java·开发语言·数据库
whcyhhh9 小时前
头歌实践教学平台:数据科学与大数据技术导论(十六)
大数据·开发语言·python
萌动的小火苗9 小时前
数据结构面试题【无答案】
c语言·开发语言·数据结构·链表