Page 36 - 《应用声学》2022年第6期

882 2022 年 11 月

起见，不考虑在前围钣金上加工的孔洞，将前围钣金 由图13可以看出，优化后的薄膜型声学超材料
看作是一个无孔洞的完整钢板。在该钢板结构基础 与钢板形成的组合式汽车前围板的 STL 明显大于
上，增加 2.2 mm 厚的薄膜型声学超材料，该超材料 单纯的钢前围板，且整个STL曲线向低频区域移动，
由前述的 4 个优化后的 MAM 单胞拼接而成，其隔 意味着这种组合式汽车前围板具有更好的中低频
声有限元仿真模型如图12所示。 隔声能力。平均 STL 的计算也表明，在 2000 Hz 频
率范围内，优化后的薄膜型声学超材料与钢板形成
的组合式汽车前围板的平均 STL 约比钢前围板提
高了13%。

ᡔెந
6 结论
ᨂ౜
本文基于数值方法，对所设计的一种米字摆臂
多质量块薄膜型声学超材料开展隔声特性及其影
响因素、结构优化与应用探索的研究，得到以下主
z 要结论：
y x
(1) 所设计的米字摆臂多质量块薄膜型声学超
图 12 钢板与 MAM 组合式汽车前围板隔声有限元
材料丰富了 MAM 单胞的结构振动模态，能激发出
模型
多个反共振模式，使 STL 曲线上呈现多个峰值，并
Fig. 12 FEA model of sound insulation for the
在中低频区域具有较宽的隔声频带。
automobile dash panel combining steel plate and
(2) 增加质量块半径及高度都可以减小系统振
MAM
动的一阶固有频率，使STL 曲线整体向低频区域移
在图 12 中，薄膜型声学超材料放置于钢板一
动，但增加质量块半径在使 STL 曲线向低频区域移
侧，固体域的四周设为固定边界，压力声学域中入射
动的同时，还在一定程度上拓宽了高频区域的隔声
声波从钢板一侧入射，模拟从发动机舱传过来的噪
频带。
声，其他声学参数与声场边界设置与 MAM 单胞的
(3) 增加薄膜厚度或薄膜预应力，会使MAM单
隔声仿真设置一致。对仿真模型进行网格划分，并
胞的 STL 曲线整体向高频区域移动，并在一定程度
将隔声频率计算上限放宽至 2000 Hz，计算步长仍
上拓宽MAM单胞的有效隔声频带。
设为 10 Hz，仿真计算平面声波通过优化后的薄膜
(4) 优化后的薄膜型声学超材料与钢板形成
型声学超材料与钢板形成的组合式汽车前围板的
的组合式汽车前围板，其 STL 曲线向低频区域移
STL，计算结果如图13所示。
动，在中低频区域的隔声能力明显大于单纯的钢前
70
围板。
ᨂ౜ ᨂ౜+ᡔెந
60
50
参 考 文 献
͜ܦ૯ܿ/dB 40 [1] Li J, Chan C T. Double-negative acoustic metamaterial[J].

30
Physical Review E, 2004, 70(5): 055602.
[2] Yang Z, Mei J, Yang M, et al. Membrane-type acous-
20
tic metamaterial with negative dynamic mass[J]. Physical
10 Review Letters, 2008, 101(20): 204301.
[3] Zhang Y G, Wen J H, Xiao Y, et al. Theoretical investi-
0
200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 gation of the sound attenuation of membrane-type acous-
ᮠဋ/Hz tic metamaterials[J]. Physics Letters A, 2012, 376(17):
1489–1494.
图 13 两种汽车前围板的 STL 比较
[4] Tian H Y, Wang X Z, Zhou Y H. Theoretical model and
Fig. 13 Comparison of the STL for two types of analytical approach for a circular membrane-ring struc-
automobile dash panels ture of locally resonant acoustic metamaterial[J]. Applied