原文摘要：

        本文采用分子動力學（MD）法測定了粒子增強乙烯丙烯二烯單體（EPDM）/乙烯四氟乙烯（ETFE）共聚物材料的力學性能，并將該共聚物材料用于聲學超材料的結構設計。其次，基于離散點匹配方法，對材料的聲傳輸損耗特性進行了預測，并通過多物理場耦合有限元模型驗證了該理論的準確性和有效性。最后，研究了影響材料結構的7個關鍵參數，并分析了它們的影響規律和機理。結果表明，該結構彌補了傳統ETFE薄膜材料在低頻條件下的隔音缺陷。通過對關鍵參數的合理選擇，可以對特定頻段進行高隔音設計，這對建筑領域（新型建筑材料）的潛在應用具有重要意義。

原文總結：

       本文提出了一種用于改善ETFE膜結構建筑聲學性能的顆粒增強聚合物薄膜超材料，側重于在聲音不易控制的低頻范圍內的結構隔音潛力。該結構的基礎薄膜由具有優良聲學性能的EPDM和ETFE復合材料組成，并引入改善機械性能的碳納米顆粒。整體結構由大量常規金屬塊加載在薄膜上組成。本工作的第一部分是使用MS軟件開發復合聚合物材料的宏觀力學性質；其次，利用離散點匹配的思想構建了聚合物薄膜聲學超材料的完整三維聲傳輸損失預測模型。同時，基于COMSOL Multi-physics 5.6軟件，建立了顆粒增強EPDM/ETFE MAM的聲學結構耦合有限元模型，并分析了其傳輸損失特性，驗證了上述方法的準確性和可靠性，也證實了該結構在低頻聲隔音方面的優越性。通過將該結構的聲傳輸損失與等效質量的聚合物膜結構和金屬膜結構進行比較，進一步展示了該結構在ETFE膜建筑中的潛力。最后，深入討論了碳納米顆粒質量分數和EPDM/ETFE材料的物理參數等7種影響因素對該顆粒增強聚合物薄膜超材料聲隔音性能的影響規律，并得出以下主要結論：

1）該MAM的傳聲特性主要是由結構的局部共振和區域表面密度形成的，導致結構振動模式的頻率和振幅不同，表面振動的幅度不同。

2）本顆粒增強聚合物薄膜超材料不同于簡單的膜和板結構，它能夠有效地提高薄膜建筑在一些較低頻帶的隔音效果。本文展示的結構可以在0.5kHz附近實現高達60dB的隔音水平，并在整個低頻范圍（50 Hz-1000 Hz）內勝過純等質量薄膜結構。

3）從本文深入研究的影響因素中可以看出，適當調整結構物理參數可以改變隔音峰值的頻率，使提高特性頻率的隔音效果成為可能。

      然而，從本文的所有工作中可以發現，在一個較寬的頻帶上進行較大的隔聲仍然不容易實現。當然，對于目前在ETFE膜建筑中常見的多層膜組成，可以考慮選擇由不同材料參數和結構參數組成的多層超材料系列并行結構，以提高其寬帶聲傳輸損耗。因此，在未來的工作中，我們將研究聲音傳輸損失特性規律的粒子增強EPDM/ETFE薄膜超材料在系列和平行于多個單元元素和多個尺寸，以進一步提高大的有效頻帶隔音（頻段范圍> 200赫茲低頻和隔音> 30 dB）。

文章來源COMSOL 多物理場仿真技術