【摘 要】
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在传统弹簧-振子局域共振基础上,本文并联倾斜弹簧负刚度机构,提出一种新型的准零刚度局域共振型声学超材料板,以实现低频宽频带有效隔声.首先,从动力学角度推导准零刚度结构的归一化等效刚度;然后,基于等效介质法建立声学超材料板的隔声理论模型,并通过理论分析和数值模拟(有限元)结果,讨论其在正负等效刚度区的隔声效果;最后,为验证理论预测的准确性,制备准零刚度超材料板样件并采用阻抗管对其进行测试.结果表明:在正刚度区,增大弹簧的刚度比或预压缩量可显著降低超材料板的局域共振频率,如在10 Hz附近获得30 dB的传输
【机 构】
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南京航空航天大学,机械结构力学及控制国家重点实验室,南京 210016;南京航空航天大学,机械结构力学及控制国家重点实验室,南京 210016;西安交通大学,机械结构强度与振动国家重点实验室,西安 7
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在传统弹簧-振子局域共振基础上,本文并联倾斜弹簧负刚度机构,提出一种新型的准零刚度局域共振型声学超材料板,以实现低频宽频带有效隔声.首先,从动力学角度推导准零刚度结构的归一化等效刚度;然后,基于等效介质法建立声学超材料板的隔声理论模型,并通过理论分析和数值模拟(有限元)结果,讨论其在正负等效刚度区的隔声效果;最后,为验证理论预测的准确性,制备准零刚度超材料板样件并采用阻抗管对其进行测试.结果表明:在正刚度区,增大弹簧的刚度比或预压缩量可显著降低超材料板的局域共振频率,如在10 Hz附近获得30 dB的传输损失,实现了超低频隔声.在负刚度区,超材料板不产生局域共振现象,且可避免“吻合效应”引起的隔声低谷现象,故可在53—1500 Hz宽频段内实现大宽带隔声(大于30 dB),相较传统材料或类似的超材料具有显著优势.进一步利用理论模型,从等效质量面密度、反射系数和声阻抗率等多个角度,分析了超材料板的隔声机理,在隔声峰处发现了负的等效质量密度,且隔声谷处产生了低频“吻合效应”.本文提出利用准零刚度局域共振思想实现低频宽带隔声的方法,克服了传统超材料需减小刚度或增大附加质量的不利特性,对低频隔声结构的设计具有重要的理论指导意义.
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