用于低频隔声的类Fano共振型声学超材料设计

作     者：余奇 张鑫浩 赵才友 王平 

作者机构：西南交通大学土木工程学院 西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室 

出 版 物：《复合材料学报》 (Acta Materiae Compositae Sinica)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家重点研发计划项目(2023YFB2603700 2022YFB2603404) 高速铁路基础研究联合基金(U1734207) 自然科学基金面上项目(51978585) 

主　　题：声学超材料 Fano共振 宽频隔声 铁路降噪 声屏障 

摘      要：由于当前铁路声屏障存在低频降噪效果差、降噪量较低及通风性能不佳的情况，本文研究创新设计了一种基于类Fano共振原理的声学超材料，旨在显著提升对低频噪声的隔绝效果。利用基于离散状态的共振散射和连续状态的背景散射之间的干扰，从而诱导出类Fano的非对称传输剖面。该超材料单胞为环绕型迷宫结构，将其周期性排列后得到类Fano共振的低频隔声型超材料声屏障，本结构设计为兼顾隔声效果和可通风全向性的几何形状，中空部分还能够节省成本。首先介绍了超材料单胞的几何构型以及传声理论，分析了结构参数对所提出声学超材料性能的影响，为优化其声学特性提供了重要依据。另外对超材料性能进行数值模拟与仿真分析，深入探究其声学特性，计算出结构在[20，2900]Hz时，平均声传输损失达到50dB左右。将超材料单元周期性排列嵌套在单元板内组成声屏障模型，发现超材料单元个数的增加不会影响声屏障隔声性能。最后将3D打印的声学超材料进行声学实验验证了仿真结果的准确性，为声屏障设计与工程应用提供了思路。