局域共振型空腔覆盖层低频吸声性能的优化设计

摘要

针对声学覆盖层低频吸声问题,建立将局域共振结构内嵌到空腔覆盖层的复合结构,通过分析模态振型和振动位移云图得出其吸声机理,以复合结构的几何参数和材料参数为控制变量,以10~1000 Hz频段内的吸声系数最大为优化目标,以Nelder-mead单纯形法为优化方法,对建立的模型进行优化设计。研究结果表明:1)复合结构的吸声机理为下半部分空腔变形实现纵波向横波的转化,局域共振结构的向上振动消耗声能,二者共同作用,提高吸声系数;2)复合结构经几何参数优化和材料参数优化后,吸声系数分别提高了13%和26%;3)吸声性能提高的原因为优化后,局域共振结构在更低频处出现反共振振型,结构动能密度较优化前提高了一个数量级,因此吸声性能提高。研究结果可为声学覆盖层的设计提供理论基础。