基于Comsol进行薄膜型声学超材料的低频降噪仿真分析

研究背景：

随着社会的进步和制造业不断发展，各种类型的噪声对周边的人类生活带来不可逆转的破坏。尤其是低频噪声（声波频率低于 1000Hz），据有关低频噪声烦恼度研究表明，人类长期生活在低频声波环境周围受噪声干扰，会造成恶心、耳鸣、视觉模糊等诸多身体不良反应。但是目前对低频噪声尚不能有效控制。

研究内容：

基于目前学者所设计的超材料结构设计了一种薄膜型声学超材料的单元模型，支撑框架、弹性薄膜和空心质量块。支撑框架是固定并张紧薄膜类似弹簧的作用。

图1.薄膜型声学超材料的结构示意图

技术路线：

在comsol中对薄膜声学超材料低频降噪进行仿真分析。

1.添加固体力学和压力声学多物理场耦合：

图2.物理场的选择

2.建立薄膜声学超材料的几何模型并完成网格的划分：

图3.几何模型的构建

图4.网格的划分

3.变量定义以及材料属性的添加：

定义吸声系数的变量，添加薄膜和质量块的材料属性如下图5.6。

图5.变量定义

图6.质量块和薄膜材料属性的定义

4.边界条件的添加：

在入射声场和透射声场的端面添加平面波辐射边界条件，以防止声波的反射。同时在薄膜的四周添加固定约束边界条件，用于模拟薄膜被支撑框架固定的边界条件。

5.添加研究，对吸声系数的频率分析：

图7.薄膜声学超材料的吸声系数

图8.论文中的吸声曲线

基于以上分析，可改变参数对其参数化扫描，即可得到薄膜型声学超材料的结构化参数的影响。

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