Page 121 - 应用声学2019年第5期

第 38 卷 第 5 期 张忠刚等： 吸声型薄膜声学超材料低频宽带吸声性能研究 873

0.50 声场中的位移云图和弹性应变能云图分别示于图 9
ನֶa
0.45
ನֶb 和图10中。
0.40 ನֶc
ನֶd 从图中不难看出，不同共振吸收峰频率对应着
0.35
ನֶe 不同质量片的大幅振动，且大幅振动质量片的周围
ܦծஆጇ஝ 0.25 累积较多的弹性应变能，而与质量片距离较远的薄
0.30
0.20
膜区域则几乎不累积弹性应变能。仿真结果与理论
0.15
0.10 推测吻合良好。
0.05
0 0.50
100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
ܦฉᮠဋ/Hz 0.45
0.40
图 7 五个样品的整体吸声系数曲线
0.30
Fig. 7 Sound absorption coefficient curves of five ܦծஆጇ஝ 0.35
0.25
samples 0.20
1.2.2 超材料的位移和能量仿真 0.15
0.10
图 8 是利用 Comsol Multiphysics 有限元仿真 ᠏᧚᭤ࠫሦ
0.05
ࠫሦፇ౞
软件对模型吸声系数进行仿真的结果。通过将其与 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
质量对称结构的吸声系数曲线对比不难发现，质量 ܦฉᮠဋ/Hz
非对称结构的共振吸收峰明显增多，且宽频范围内 图 8 对称结构与质量非对称结构仿真吸声系数曲线
的平均吸声系数高于质量对称结构。 Fig. 8 Sound absorption coefficient curve for sym-
为进一步验证其吸声机理，本文将超材料置于 metric structure and mass-asymmetrical structure

2.55T10 -3 2.22T10 -3 1.11T10 -3
freq(38)=211 Hz T10 -4 freq(49)=244 Hz 1.75T10 -3 freq(117)=448 Hz
25 T10 -4 freq(69)=304 Hz T10 -4 T10 -4
20 16 10
20 14
8
15 12
15
10 6
10 8
10
6 4
5 5 4
2
2
0 0 0
0 0 0 0 0
(a) 211 Hz (b) 244 Hz (c) 304 Hz (d) 448 Hz
图 9 厚度梯度质量非对称结构位移云图
Fig. 9 Displacement nephogram of asymmetric structure with thickness gradient mass
freq(38)=211 Hz Suiface: abs(solide Ws) (cJ/m 3 ) freq(49)=244 Hz Suiface: abs(solide Ws) (cJ/m 3 ) freq(69)=304 Hz Suiface: abs(solide Ws) (cJ/m 3 ) freq(117)=448 Hz Suiface: abs(solide Ws) (cJ/m 3 )
1600 1400
1200
1400 1200 600
1000
1200 1000 500
1000 800 400
800
800 600
600 300
600
400 400 200
400
200 200 200 100
(a) 211 Hz (b) 244 Hz (c) 304 Hz (d) 448 Hz
图 10 厚度梯度质量非对称结构弹性应变能密度云图
Fig. 10 Energy density nephogram of asymmetric structure with thickness gradient mass