JPhysD编辑优选:基于瓣状分裂环型薄膜声学超材料的隔声性能研究

05 6月 2023 gabriels
本篇研究来自华东交通大学黄永虎课题组。本文基于现有的多质量分布式薄膜声学超材料隔声性能研究,设计提出一种新颖的瓣状分裂环型薄膜声学超材料。


文章介绍

Sound insulation properties of membrane-type acoustic metamaterials with petal-like split rings

Yonghu Huang(黄永虎), Mengyuan Lv(吕梦圆), Wenjun Luo(罗文俊), Hongli Zhang(张红丽), Daxin Geng(耿大新) and Qing Li(李情)

通讯作者:

  • 黄永虎,华东交通大学土木建筑学院

 

研究背景:

噪声污染在航空航天、交通运输和工业生产等领域一直是学者们亟待解决的重要环境问题之一。低频噪声因具有波长较长、衰减率低和穿透性强等特性而较难得到有效控制,而传统声学材料因隔声质量定律的限制,在有限的空间和质量条件下难以满足实际低频降噪需求,因此,如何在轻量化设计的前提下实现低频隔声性能是一个巨大的挑战。

近年来,声学超材料为低频隔声开辟了一条新的途径。其中,薄膜声学超材料因具有优异的噪声控制性能和超轻量化水平受到了广泛的关注。而现有结构仍依赖于通过增加附加总质量的手段来拓宽薄膜声学超材料的隔声带宽,因此有必要通过结构改进及新型结构设计使得薄膜声学超材料在轻量化前提下实现更优的宽频带隔声性能。

 

研究内容:

本文基于现有的多质量分布式薄膜声学超材料隔声性能研究,设计提出一种新颖的瓣状分裂环型薄膜声学超材料。

本文制备了基于对称摆臂型薄膜声学超材料和瓣状分裂环型薄膜声学超材料试件,并采用AWA6290T型传递函数隔声测量系统进行隔声试验,测试两种试件的声传递损失曲线,并与仿真模拟结果进行对比,验证了仿真模拟验证了数值模拟方法的准确性。值得注意的是,瓣状分裂环型薄膜声学超材料中分裂环的总重量几乎是参考模型中4个圆形金属板的 51%,但两种结构却表现出相似的隔声性能,其带宽和峰值几乎相同,这也验证了新型结构的有效性。

为了探索瓣状分裂环型薄膜声学超材料宽频带隔声性能的工作机理,本节仿真模拟了四种不同薄膜声学超材料的声传递损失曲线和模态振型图以及对应的平均法向位移曲线。

此外,本文利用仿真模拟参数化分析探究新型结构中分裂环结构参数和十字摆臂材料参数对瓣状分裂环型薄膜声学超材料隔声性能的影响规律,为基于多质量块的薄膜声学超材料的轻质低频宽带隔声结构设计提供指导。结果发现,当分裂环质量的总质量与参考结构的附加质量的比率达到50%时,新型结构与参考结构具有相似的隔声性能,而质量占比达到75%或90%时,新型结构比参考结构具 有更低的隔声峰频率和更宽的STL带宽。因此,瓣状分裂环型薄膜声学超材料可以利用分裂环产生的连续反共振模态,获得更轻的质量和更优越的低频隔声性能。


作者介绍

黄永虎  副教授

华东交通大学

  • 黄永虎,华东交通大学土木建筑学院硕士生导师,先后担任中国振动工程学会第二届结构抗振控制与健康监测青年委员会委员、江西省力学学会理事、江西省土木建筑学会智能建造与新型建筑工业化专业委员会委员等,主要研究领域为结构智能减隔震、智能材料与结构、大型风电塔结构健康监测与控制。

期刊介绍

Journal of Physics D: Applied Physics

  • 2021年影响因子:3.409  Citescore:5.7
  • Journal of Physics D: Applied Physics(JPhysD,《物理学报D:应用物理》)发表应用物理各领域的前沿研究和综述,具体包括:应用磁学和磁性材料、半导体和光子学、低温等离子体和等离子表面相互作用、凝聚态物理、表面科学和纳米结构、生物物理以及能源等六个领域。文章类型包括原创性论文、研究路线图、通讯以及每年针对热点研究的专题综述和特刊。