Page 160 - 《应用声学》2022年第6期

1006 2022 年 11 月

∫ 2 ∫ 2
p i p t 0.02 m，共 9 根 (呈中间对称，见图 1(b))，频率范围
w in = ds, w out = ds,
2ρc 2ρc
S 1 S 2 为100∼4000 Hz，结构两头的域厚度为0.01 m，超材
∫ 2
(P t − P i ) 料四周用固定载荷束缚，防止边界对声传输过程中
w R = ds,
2ρc
产生额外影响。此外为了验证钢背衬的隔声性能，
S 1
得到模型吸声系数和传递损失结果。吸声系数和传
在该水声超材料结构后添加一层 0.005 m 厚的钢背
递损失计算为
衬(见图 1(c)、图1(e))做平行对比分析，材料参数见
w R w out
Ab = 1 − − , (1) 表1。
w in w in
TL = 10lg (w in /w out ) . (2)
表 1 材料参数
图1(c)∼(f)为利用有限元仿真计算软件建立的 Table 1 Material parameters
仿真模型图。该水声超材料由6层相同的厚0.01 m、
材料 杨氏模量/MPa 损耗因子 泊松比 密度/(kg·m −3 )
直径 0.206 m 的结构组成。水声超材料材质包括橡
橡胶 30 0.5 0.497 1100
胶、涂层和钢。厚 0.01 m 的橡胶圆柱包含直径分别
涂层 1.5 0.3 0.49 1100
为0.002 m钢圆柱和0.004 m涂层同心圆柱，长度分
钢 2.05 × 105 0.1 0.28 7890
别为0.19 m、0.18 m、0.17 m、0.15 m、0.1 m，间距为

L1=0.10 m
ܦߦᡔెந L2=0.15 m 0.02 m
L3=0.17 m
0.004 m L5=0.19m 0.002 m
S 1 S 2 L4=0.18 m
К࠱ฉ ᤩ࠱ฉ L6=0.18 m
ඵ ቇඡ L7=0.17 m
L8=0.15 m
L9=0.10 m

0.206 m
(a) ᡔెநᇨਓڏ (b) ο᜽ڏ

0.01 m 0.01 m

(c) ҫᨂᑀᛮ1/4വی (d) ˀҫᨂᑀᛮ1/4വی

ቇඡ ܦԍѣ࠱᭧ ቇඡ ܦԍѣ࠱᭧
ᨂᑀᛮ

ඵ ඵ

ܦԍК࠱᭧ ܦԍК࠱᭧
(e) ҫᨂᑀᛮവی (f) ˀҫᨂᑀᛮവی
图 1 水声超材料结构图
Fig. 1 Structural diagram of underwater acoustic metamaterials