文章来源：COMSOL多物理场仿真技术
实现规模化制造与便捷部署是推动声学超材料广泛应用的关键基石。本研究致力于解决当前声学超材料在制造与实施层面面临的技术挑战。提出的声学超材料采用螺柱-套管耦合结构，由共振单元与安装基体两部分组装构成。共振单元通过细长连杆连接多个单胞，每个单胞包含四个具有不同几何参数的悬臂梁式谐振器，用于生成多重带隙。安装基体背面采用平整宽阔的设计，便于在主体结构表面快速牢固安装。采用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物材料，通过注塑成型技术实现声学超材料试件的规模化生产。通过拉伸与压缩承载力测试对试件的静态力学特性进行实验量化，并结合理论分析、数值模拟与实验验证揭示了动态力学特性的内在物理机制。最后在缩比飞机舱段模型中开展部署测试，验证其在大型复杂波场环境中的降噪效果。研究发现该声学超材料在500 Hz以下呈现四个完整的局域共振带隙，可实现气载声与结构声的多频段协同控制。这种多带隙声学超材料的创新设计，结合注塑成型工艺实现的工业化量产原型，标志着声学超材料向商业化应用迈出了重要一步。 |
受乐高积木启发，我们设计出一类实用型声学超材料，并采用工业级注塑成型技术成功实现规模化生产。静态力学测试表明，制备的声学超材料试件能承受足够的拉压载荷，确保在实际应用中不发生断裂或坍塌。通过理论分析、数值模拟与实验验证相结合的系统研究方法，揭示了该声学超材料的动态力学特性。研究结果显示，在小尺寸简单波场环境中，该声学超材料试件能在500Hz以下的四个带隙频段有效发挥降噪作用。最后通过分别施加声压激励与点力激励，在缩比飞机舱段模型中实验评估了超材料试件的降噪效果，证实其在特定带隙频率对声传输、振动传递及声辐射的抑制能力。值得注意的是，在带隙外频率区间也观测到显著衰减现象，这为后续研究大型复杂波场环境中局部动态力学特性对全局特性的影响机制提供了新方向。未来研究可探索将压电材料/形状记忆合金等可调元件集成至超材料结构中实现共振频率主动调控，或采用高阻尼复合材料进一步提升降噪性能。由于成功解决了规模化制造与便捷部署两大核心难题，本研究设计的声学超材料可为车辆、建筑及家电等领域的降噪超材料开发提供重要参考。 |
