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薄膜型聲學(xué)超材料的隔聲原理主要涉及到聲波在材料中的傳播和反射。 當(dāng)聲波進(jìn)入薄膜型聲學(xué)超材料時(shí)，它們會(huì)遇到由多層薄膜構(gòu)成的結(jié)構(gòu)單元。由于這些單元的尺寸接近于聲波波長，聲波會(huì)產(chǎn)生與材料中的結(jié)構(gòu)單元相互作用的效應(yīng)，這種效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生反射、衍射和干涉等現(xiàn)象。 通過合理設(shè)計(jì)和優(yōu)化材料結(jié) 構(gòu)，薄膜型聲學(xué)超材料可以實(shí)現(xiàn)對(duì)特定頻率范圍內(nèi)聲波的反射和吸收，從而達(dá)到隔聲的效果。

5.添加研究，對(duì)吸聲系數(shù)的頻率分析：圖7.薄膜聲學(xué)超材料的吸聲系數(shù)圖8.論文中的吸聲曲線基于以上分析，可改變參數(shù)對(duì)其參數(shù)化掃描，即可得到薄膜型聲學(xué)超材料的結(jié)構(gòu)化參數(shù)的影響。最后,有相關(guān)需求,歡迎通過公眾號(hào)聯(lián)系我們.公眾號(hào):320科技工作室

研究背景： 從聲學(xué)超材料出現(xiàn)到薄膜型和薄板型聲學(xué)超材料局域共振隔聲機(jī)理的廣泛研究，其負(fù)等效質(zhì)量和負(fù)等效密度特性打破了傳統(tǒng)吸隔聲材料質(zhì)量定律的限制，為低頻吸隔聲提供了新途徑。由吸聲系數(shù)理論模型可知，薄膜型結(jié)構(gòu)的吸聲性能與振型模態(tài)、相對(duì)聲阻抗率有關(guān)。對(duì)有無附加質(zhì)量塊的薄膜型結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析，探討振型模態(tài)與吸聲系數(shù)曲線的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

研究背景： 由于傳統(tǒng)材料的能量耗散較弱，低頻吸聲一直是研究人員面臨的一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的課題。近年來，聲學(xué)超材料發(fā)展迅速，具有前所未有的優(yōu)異低頻性能。已經(jīng)設(shè)計(jì)了一系列亞波長厚度的超材料，以實(shí)現(xiàn)對(duì)低頻聲音的100%吸收。例如，由彈性膜和剛性盤組成的膜型超材料可以吸收某些頻率下幾乎所有的入射聲能，其厚度甚至比峰值吸收波長小兩個(gè)數(shù)量級(jí)。然而，由于薄膜柔軟，它很容易受到機(jī)械損傷。

致力于實(shí)現(xiàn)低頻寬帶隔聲降噪并實(shí)現(xiàn)隔聲帶的可調(diào)節(jié)性。 圖1. 薄膜型聲學(xué)超表面的結(jié)構(gòu)示意圖 技術(shù)路線： 在COMSOL軟件中對(duì)薄膜型聲學(xué)超表面的隔聲特性進(jìn)行仿真分析。首先建立有限元仿真幾何模型，然后設(shè)置變量和定義材料屬性，建立圓柱形空氣域，對(duì)入射口出射口積分，計(jì)算入射、出射聲功率。設(shè)置薄膜的預(yù)應(yīng)力，模型框架設(shè)置邊界固定條件，并劃分自由四面體網(wǎng)格。

該結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)薄膜由具有優(yōu)良聲學(xué)性能的EPDM和ETFE復(fù)合材料組成，并引入改善機(jī)械性能的碳納米顆粒。整體結(jié)構(gòu)由大量常規(guī)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(fā)復(fù)合聚合物材料的宏觀力學(xué)性質(zhì)；其次，利用離散點(diǎn)匹配的思想構(gòu)建了聚合物薄膜聲學(xué)超材料的完整三維聲傳輸損失預(yù)測模型。

致力于實(shí)現(xiàn)低頻寬帶隔聲降噪并實(shí)現(xiàn)隔聲帶的可調(diào)節(jié)性。 圖1. 薄膜型聲學(xué)超表面的結(jié)構(gòu)示意圖技術(shù)路線：在COMSOL軟件中對(duì)薄膜型聲學(xué)超表面的隔聲特性進(jìn)行仿真分析。首先建立有限元仿真幾何模型，然后設(shè)置變量和定義材料屬性，建立圓柱形空氣域，對(duì)入射口出射口積分，計(jì)算入射、出射聲功率。設(shè)置薄膜的預(yù)應(yīng)力，模型框架設(shè)置邊界固定條件，并劃分自由四面體網(wǎng)格。

利用這種新方法，能夠基于獲取的等效聲源，帶入新的安裝環(huán)境，預(yù)測實(shí)際的噪聲分布，在虛擬環(huán)境中測試多種噪音控制解決方案，如吸聲墻或聲屏障。

混合超材料吸收器示意圖 圖2.論文中數(shù)值模擬的吸聲系數(shù)曲線數(shù)值模擬：在comsol中利用壓力聲學(xué)接口對(duì)聲學(xué)超材料的聲學(xué)特性進(jìn)行仿真分析。仿真分析的步驟如下所示。

聲學(xué)內(nèi)飾，如吸隔聲材料，以及阻尼材料，在車輛減振降噪方面發(fā)揮重要作用。設(shè)計(jì)人員針對(duì)聲源與振源的類型，傳遞路徑的特點(diǎn)以及作用的主要頻率，設(shè)計(jì)并優(yōu)化聲學(xué)內(nèi)飾，以盡可能起到降噪和/或減重、降本的效果。目前世界前20大汽車集團(tuán)中有19家已經(jīng)是海克斯康A(chǔ)ctran噪聲軟件的用戶。

無需建立完整的聲學(xué)分析模型，只需定義覆蓋層的材料屬性并選擇應(yīng)用區(qū)域即可。無需構(gòu)建聲包的三維模型。優(yōu)點(diǎn)：? 計(jì)算聲學(xué)包的吸隔聲效果? 縮放聲包覆蓋處ePowertrain的振動(dòng)? 更高效的求解性能（相較于聲包3D建模方法，運(yùn)行時(shí)間縮短40%，內(nèi)存消耗降低60%），同時(shí)節(jié)省模型設(shè)置的工程時(shí)間和分析時(shí)間。

徐平等[3]通過有限元仿真方法研究了泡沫鋁復(fù)合結(jié)構(gòu)救生艙的隔聲性能；唐振正和崔承勛[4]研究了不同復(fù)合板密度和厚度對(duì)其復(fù)合結(jié)構(gòu)的隔聲性能影響；梁李斯等[5]研究了打孔泡沫鋁和打孔鋁板組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)的吸聲性能。可見近年來關(guān)于分析泡沫鋁三明治復(fù)合結(jié)構(gòu)聲學(xué)性能方面的研究較少，比如將泡沫鋁和鋁合金或碳纖維復(fù)合材料等結(jié)合，可以一定程度上加強(qiáng)泡沫鋁和其他材料之間的結(jié)合力，強(qiáng)化各材料的性能特點(diǎn)。

基于完全耦合的聲學(xué)熱力學(xué)方程和理論阻抗分析的模擬被用于揭示基礎(chǔ)物理和聲學(xué)性能，顯示出極好的一致性。 圖1.傳統(tǒng)微穿孔板與聲學(xué)超表面的結(jié)構(gòu)示意圖 圖2.論文中阻抗分析和數(shù)值模擬的吸聲系數(shù)曲線數(shù)值模擬：在comsol中利用熱黏性聲學(xué)接口對(duì)聲學(xué)超材料的聲學(xué)特性進(jìn)行仿真分析。建立的幾何模型如下所示。

軟件內(nèi)置涵蓋多孔吸聲材料、纖維復(fù)合材料、彈性體等 120 + 類材料的聲學(xué)特性數(shù)據(jù)庫，支持自定義材料參數(shù)擬合，結(jié)合 1D/2D/3D 多維度單元庫（含無限元、邊界元、周期性結(jié)構(gòu)單元），可高效處理復(fù)雜邊界條件（如非均勻聲場、運(yùn)動(dòng)邊界、聲阻抗邊界），計(jì)算精度滿足 ISO 3744/3745 等國際聲學(xué)測試標(biāo)準(zhǔn)要求。

變流柜底部中心點(diǎn)0.4m仿真與測試數(shù)據(jù)對(duì)比 柜體內(nèi)吸聲材料分析 -加吸聲材料后，主頻（300Hz）處噪音峰值由82降為74.3，大約降7~8dBA； -400~1000Hz的帶寬中，吸聲材料大約降20dBA，如圖中綠色線區(qū)域所示，這也驗(yàn)證了吸聲材料高頻吸聲的作用； -不加吸聲材料時(shí)，曲線在250Hz左右出現(xiàn)極大值，與空腔模態(tài)有關(guān)，第10、11階空腔模態(tài)正好對(duì)應(yīng)

實(shí)現(xiàn)降噪的一種方法是使用聲學(xué)超材料。 然而，傳統(tǒng)聲學(xué)超材料中，低頻降噪方面一直存在頻段固定、頻帶狹窄的問題。本研究將手風(fēng)琴折紙作為側(cè)腔引入亥姆霍茲諧振腔，開發(fā)了一種具有可調(diào)諧和寬帶消聲能力的新型折紙聲學(xué)超材料(OBAM)。 本文通過理論、數(shù)值和實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)OBAM的聲衰減特性進(jìn)行了廣泛的研究，并用傳輸損耗(TL)來量化OBAM的聲衰減特性。

研究背景： 為了抑制噪聲污染，已經(jīng)開發(fā)了許多吸聲材料和結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)的吸聲材料，如開孔泡沫和纖維棉，隨著時(shí)間的推移會(huì)劣化，因?yàn)樾☆w粒常常從這些多孔材料的骨架中脫落。此外，脫落的小顆粒可能污染建筑物內(nèi)的空氣，并危害人類健康。因此，穿孔板吸收器是建筑物和住宅的有吸引力的選擇。

· 聲學(xué)包設(shè)計(jì) 聲學(xué)包是指車身上與聲學(xué)處理相關(guān)的非金屬材料、結(jié)構(gòu)和技術(shù)。很多車主喜歡后期加裝吸隔音材料來提升車廂靜謐性，而理想L系列車型做到了“標(biāo)配即頂配”的聲學(xué)策略。 理想汽車全系車型均使用雙組份高性能吸音棉，覆蓋面積高達(dá)80%，吸聲性能處于行業(yè)頂尖水平。

圖5：三種頻率下麥克風(fēng)的聲壓級(jí)總體而言，在所有麥克風(fēng)的測量和仿真之間實(shí)現(xiàn)了非常好的關(guān)聯(lián)，在低頻的差異很小，在高頻的差異略大，但未影響仿真的整體質(zhì)量。圖6展示了一個(gè)特定麥克風(fēng)處的聲壓級(jí)示例。圖6：特定麥克風(fēng)處的聲壓級(jí)經(jīng)過驗(yàn)證后，就可以根據(jù)物理測量結(jié)果，使用反向薄膜分析法提取表面振動(dòng)。然后可以將其集成到整車模型仿真中，用這種等效邊界條件取代揚(yáng)聲器模型。

結(jié)論 總之，我們從理論和實(shí)驗(yàn)上證明了由Mie諧振腔和亥姆霍茲諧振腔陣列組成的復(fù)合聲學(xué)超材料的聲衰減效應(yīng)。應(yīng)用傳遞矩陣法和集總元模型對(duì)構(gòu)件的聲學(xué)行為進(jìn)行了理論預(yù)測。實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果與仿真結(jié)果吻合較好。通過復(fù)合設(shè)計(jì)，采用深亞波長結(jié)構(gòu)，我們成功地實(shí)現(xiàn)了寬帶低頻聲衰減，在1250 Hz的頻率范圍內(nèi)阻擋了90%以上的入射聲能。