耦合局域共振单元的声学黑洞结构低频减振特性研究

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最近几年,声学黑洞结构因其所具备的高阻尼、高频散和能量聚集等特性,在振动噪声控制、声波调控等领域展现了极大的应用潜质,引起了越来越多的关注。但是声学黑洞结构对于振动噪声的良好抑制能力多体现在中高频范围,而在低频范围因受自身截止频率的约束,减振降噪效果并不理想。本文基于局域共振理论,针对声学黑洞梁和声学黑洞板低频减振特性进行了研究,主要研究内容如下:(1)为改善声学黑洞梁在低频范围减振效果不佳的问题,基于高斯展开法,以声学黑洞梁为载体,建立了耦合局域共振单元的声学黑洞梁的半解析理论模型,用有限元法验证了该理论模型的准确性,并分析了其减振效果;最后研究了局域共振单元相关参数对系统减振特性的影响。研究结果表明:局域共振单元的引入能明显提升声学黑洞梁的低频减振效果。(2)建立了声学黑洞板的有限元模型,研究了声学黑洞截断厚度、半径以及幂指数对其减振特性的影响;同时设计了针对特定频率的局域共振单元并计算了其能带结构,研究了不同耦合模式对声学黑洞板减振效果的影响。研究结果表明:截断厚度越小、半径和幂指数越大,对振动的抑制能力越强;局域共振单元的引入能明显提升声学黑洞板的低频减振效果;将两种局域共振单元组合耦合在同一个声学黑洞板上,可以同时抑制板在不同频率下的峰值振动,且几乎不会影响声学黑洞自身在中高频的减振性能,从而实现了声学黑洞板在全频段的减振。(3)搭建了振动控制实验平台,对耦合局域共振单元的声学黑洞板的减振效果进行振动响应实验研究,以验证有限元分析结果的正确性。实验结果表明:耦合局域共振单元的声学黑洞板在低频范围具有较好的减振特性,为声学黑洞结构的工程应用提供了一定的参考。
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