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
莱歌数字5 分钟前
换热器计算方法与步骤:从热平衡到性能校核
人工智能·科技·制造·cae·散热
黄毛火烧雪下23 分钟前
Java 核心知识点总结(一)
java·开发语言
其实防守也摸鱼31 分钟前
软件安全与漏洞--软件安全编码与防御技术理论题库
开发语言·网络·安全·网络安全·软件安全·软件安全与漏洞
x1387028595732 分钟前
c语言中srtlen(指针使用计算字符长度)、传值和传址调用
c语言·开发语言·算法·visual studio
海兰39 分钟前
【实用程序】电商销售分析仪表盘 — 从零搭建一个AI参与的全栈数据洞察系统
人工智能·学习·算法
iCxhust1 小时前
C#进程管理程序
开发语言·汇编·stm32·单片机·c#·微机原理
凡人叶枫1 小时前
Effective C++ 条款28:避免使用 handles 指向对象内部
linux·服务器·开发语言·c++·嵌入式开发
努力成为AK大王1 小时前
并发编程的核心挑战、优化方案与核心知识点总结
java·开发语言·数据库
ken22321 小时前
在 Libreoffice Calc中输入自定义表情字符时,需要保存之后,才能正常显示
学习
zwenqiyu1 小时前
P5283 [十二省联考 2019] 异或粽子题解
c++·学习·算法