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微穿孔蜂窝-波纹复合声学超材料吸声行为

张丰辉 唐宇帆 辛锋先 卢天健

微穿孔蜂窝-波纹复合声学超材料吸声行为

张丰辉, 唐宇帆, 辛锋先, 卢天健
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  • 民用及国防工业领域对工程材料结构提出了更高的应用需求.单一材料结构越来越难以满足实际应用需求,通过人工复合结构实现超常单一及多物理性能的超材料设计已经成为材料结构应用的重要发展方向.本文基于传统的蜂窝夹层结构,在其内部引入波纹结构,并在面板和波纹上分别进行微穿孔形成微穿孔蜂窝-波纹复合声学超材料,在其优异力学承载基础上,实现了低频段的宽频有效吸声降噪.应用微穿孔板吸声理论和声阻抗串并联理论,建立了微穿孔蜂窝-波纹复合声学超材料的吸声理论模型;发展了考虑黏热效应的声传播有限元模型,通过数值模拟验证了理论模型的准确性,并数值计算了声波在超材料微结构内的黏热能量耗散分布,发现超材料能量耗散主要集中于微穿孔处的黏性边界层;进一步开展了超材料吸声参数和尺度设计参数的分析讨论,阐明了不同尺度设计参数对超材料吸声性能的影响规律.本文工作对兼具力学承载与吸声降噪的新型材料结构设计有重要的理论指导价值.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:11761131003,U1737107,11772248)和陕西省留学人员科技活动择优资助项目(批准号:2017025)资助的课题.
    [1]

    Liu Z Y, Chan C T, Sheng P 2005 Phys. Rev. B 71 014103

    [2]

    Fang N, Xi D J, Xu J Y, Ambati M, Srituravanich W, Sun C, Zhang X 2006 Nat. Mater. 5 452

    [3]

    Deng K, Ding Y Q, He Z J, Zhao H P, Shi J, Liu Z Y 2009 J. Appl. Phys. 105 788

    [4]

    Ambati M, Fang N, Sun C, Zhang X 2007 Phys. Rev. B 75 195447

    [5]

    Farhat M, Enoch S, Guenneau S, Movchan A B 2008 Phys. Rev. Lett. 101 134501

    [6]

    Duan Y, Luo J, Wang G, Hang Z H, Hou B, Li J, Sheng P, Lai Y 2015 Sci. Rep. 5 12139

    [7]

    Christensen J, Romero-Garcia V, Pico R, Cebrecos A, Garcia de Abajo F J, Mortensen N A, Willatzen M, Sanchez-Morcillo V J 2014 Sci. Rep. 4 4674

    [8]

    Christensen J, Willatzen M 2014 Appl. Phys. Lett. 105 043508

    [9]

    D'Aguanno G, Le K Q, Trimm R, Alu A, Mattiucci N, Mathias A D, Akoezbek N, Bloemer M J 2012 Sci. Rep. 2 340

    [10]

    Fan L, Chen Z, Zhang S Y, Ding J, Li X J, Zhang H 2015 Appl. Phys. Lett. 106 151908

    [11]

    Song K, Lee S H, Kim K, Hur S, Kim J 2014 Sci. Rep. 4 4165

    [12]

    Li Y, Liang B, Zou X Y, Cheng J C 2013 Appl. Phys. Lett. 103 063509

    [13]

    Mei J, Ma G C, Yang M, Yang Z Y, Wen W J, Sheng P 2012 Nat. Commun. 3 756

    [14]

    Wang W B, Zhang Z J, Zhang Q C, Jin F, Lu T J 2016 Theor. Appl. Mech. Lett. 6 54

    [15]

    Han B, Qin K, Yu B, Wang B, Zhang Q, Lu T J 2016 Mater. Des. 93 271

    [16]

    Sakagami K, Nakamori T, Morimoto M, Yairi M 2009 Appl. Acoust. 70 703

    [17]

    Guo W, Min H 2015 Energy Procedia 78 1617

    [18]

    Wang C, Huang L 2011 J. Acoust. Soc. Am. 130 208

    [19]

    Wang Y, Zhao H, Yang H, Zhong J, Zhao D, Lu Z, Wen J 2018 J. Appl. Phys. 123 185109

    [20]

    Tang Y F, Li F H, Xin F X, Lu T J 2017 Mater. Des. 134 502

    [21]

    Maa D Y 1998 J. Acoust. Soc. Am. 104 2861

    [22]

    Zhou H A, Wang X M, Mei Y L 2014 Acta Mech. Sin. 30 714

    [23]

    Ruiz H, Cobo P, Jacobsen F 2011 Appl. Acoust. 72 772

    [24]

    Brekhovskikh L M 1980 Waves in Layered Media, 2nd Edition (New York: Academic Press) pp76-81

    [25]

    Tang Y F, Ren S W, Meng H, Xin F X, Huang L, Chen T, Zhang C, Lu T J 2017 Sci. Rep. 7 43340

  • [1]

    Liu Z Y, Chan C T, Sheng P 2005 Phys. Rev. B 71 014103

    [2]

    Fang N, Xi D J, Xu J Y, Ambati M, Srituravanich W, Sun C, Zhang X 2006 Nat. Mater. 5 452

    [3]

    Deng K, Ding Y Q, He Z J, Zhao H P, Shi J, Liu Z Y 2009 J. Appl. Phys. 105 788

    [4]

    Ambati M, Fang N, Sun C, Zhang X 2007 Phys. Rev. B 75 195447

    [5]

    Farhat M, Enoch S, Guenneau S, Movchan A B 2008 Phys. Rev. Lett. 101 134501

    [6]

    Duan Y, Luo J, Wang G, Hang Z H, Hou B, Li J, Sheng P, Lai Y 2015 Sci. Rep. 5 12139

    [7]

    Christensen J, Romero-Garcia V, Pico R, Cebrecos A, Garcia de Abajo F J, Mortensen N A, Willatzen M, Sanchez-Morcillo V J 2014 Sci. Rep. 4 4674

    [8]

    Christensen J, Willatzen M 2014 Appl. Phys. Lett. 105 043508

    [9]

    D'Aguanno G, Le K Q, Trimm R, Alu A, Mattiucci N, Mathias A D, Akoezbek N, Bloemer M J 2012 Sci. Rep. 2 340

    [10]

    Fan L, Chen Z, Zhang S Y, Ding J, Li X J, Zhang H 2015 Appl. Phys. Lett. 106 151908

    [11]

    Song K, Lee S H, Kim K, Hur S, Kim J 2014 Sci. Rep. 4 4165

    [12]

    Li Y, Liang B, Zou X Y, Cheng J C 2013 Appl. Phys. Lett. 103 063509

    [13]

    Mei J, Ma G C, Yang M, Yang Z Y, Wen W J, Sheng P 2012 Nat. Commun. 3 756

    [14]

    Wang W B, Zhang Z J, Zhang Q C, Jin F, Lu T J 2016 Theor. Appl. Mech. Lett. 6 54

    [15]

    Han B, Qin K, Yu B, Wang B, Zhang Q, Lu T J 2016 Mater. Des. 93 271

    [16]

    Sakagami K, Nakamori T, Morimoto M, Yairi M 2009 Appl. Acoust. 70 703

    [17]

    Guo W, Min H 2015 Energy Procedia 78 1617

    [18]

    Wang C, Huang L 2011 J. Acoust. Soc. Am. 130 208

    [19]

    Wang Y, Zhao H, Yang H, Zhong J, Zhao D, Lu Z, Wen J 2018 J. Appl. Phys. 123 185109

    [20]

    Tang Y F, Li F H, Xin F X, Lu T J 2017 Mater. Des. 134 502

    [21]

    Maa D Y 1998 J. Acoust. Soc. Am. 104 2861

    [22]

    Zhou H A, Wang X M, Mei Y L 2014 Acta Mech. Sin. 30 714

    [23]

    Ruiz H, Cobo P, Jacobsen F 2011 Appl. Acoust. 72 772

    [24]

    Brekhovskikh L M 1980 Waves in Layered Media, 2nd Edition (New York: Academic Press) pp76-81

    [25]

    Tang Y F, Ren S W, Meng H, Xin F X, Huang L, Chen T, Zhang C, Lu T J 2017 Sci. Rep. 7 43340

  • [1] 吴雨明, 丁霄, 王任, 王秉中. 基于等效介质原理的宽角超材料吸波体的理论分析. 物理学报, 2020, 69(5): 054202. doi: 10.7498/aps.69.20191732
    [2] 刘英光, 边永庆, 韩中合. 包含倾斜晶界的双晶ZnO的热输运行为. 物理学报, 2020, 69(3): 033101. doi: 10.7498/aps.69.20190627
    [3] 朱存远, 李朝刚, 方泉, 汪茂胜, 彭雪城, 黄万霞. 用久期微绕理论将弹簧振子模型退化为耦合模理论. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20191505
    [4] 罗菊, 韩敬华. 激光等离子体去除微纳颗粒的热力学研究. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20191933
    [5] 翁明, 谢少毅, 殷明, 曹猛. 介质材料二次电子发射特性对微波击穿的影响. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20200026
    [6] 罗端, 惠丹丹, 温文龙, 李立立, 辛丽伟, 钟梓源, 吉超, 陈萍, 何凯, 王兴, 田进寿. 超紧凑型飞秒电子衍射仪的设计. 物理学报, 2020, 69(5): 052901. doi: 10.7498/aps.69.20191157
    [7] 庄志本, 李军, 刘静漪, 陈世强. 基于新的五维多环多翼超混沌系统的图像加密算法. 物理学报, 2020, 69(4): 040502. doi: 10.7498/aps.69.20191342
    [8] 李闯, 李伟伟, 蔡理, 谢丹, 刘保军, 向兰, 杨晓阔, 董丹娜, 刘嘉豪, 陈亚博. 基于银纳米线电极-rGO敏感材料的柔性NO2气体传感器. 物理学报, 2020, 69(5): 058101. doi: 10.7498/aps.69.20191390
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-07-16
  • 修回日期:  2018-08-27

微穿孔蜂窝-波纹复合声学超材料吸声行为

  • 1. 西安交通大学, 机械结构强度与振动国家重点实验室, 西安 710049;
  • 2. 西安交通大学, 多功能材料与结构教育部重点实验室, 西安 710049;
  • 3. 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
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:11761131003,U1737107,11772248)和陕西省留学人员科技活动择优资助项目(批准号:2017025)资助的课题.

摘要: 民用及国防工业领域对工程材料结构提出了更高的应用需求.单一材料结构越来越难以满足实际应用需求,通过人工复合结构实现超常单一及多物理性能的超材料设计已经成为材料结构应用的重要发展方向.本文基于传统的蜂窝夹层结构,在其内部引入波纹结构,并在面板和波纹上分别进行微穿孔形成微穿孔蜂窝-波纹复合声学超材料,在其优异力学承载基础上,实现了低频段的宽频有效吸声降噪.应用微穿孔板吸声理论和声阻抗串并联理论,建立了微穿孔蜂窝-波纹复合声学超材料的吸声理论模型;发展了考虑黏热效应的声传播有限元模型,通过数值模拟验证了理论模型的准确性,并数值计算了声波在超材料微结构内的黏热能量耗散分布,发现超材料能量耗散主要集中于微穿孔处的黏性边界层;进一步开展了超材料吸声参数和尺度设计参数的分析讨论,阐明了不同尺度设计参数对超材料吸声性能的影响规律.本文工作对兼具力学承载与吸声降噪的新型材料结构设计有重要的理论指导价值.

English Abstract

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