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Acta Mechanica Sinica 2023年第3期39卷 153-167页

作者：鲍岳刘献栋姚政成张悦单颖春何田 School of Transportation Science and Engineering Beihang UniversityBeijing100191China

声学黑洞是一种有效的被动减振结构.这种结构的特点在于可以俘获结构中的弯曲波形成高能量密度区域,从而通过附加阻尼材料来实现高效率的振动能量耗散.基于这种声学黑洞效应,本文通过有限元仿真与实验探究了单个声学黑洞与声学黑洞阵列... 详细信息

声学黑洞是一种有效的被动减振结构.这种结构的特点在于可以俘获结构中的弯曲波形成高能量密度区域,从而通过附加阻尼材料来实现高效率的振动能量耗散.基于这种声学黑洞效应,本文通过有限元仿真与实验探究了单个声学黑洞与声学黑洞阵列的动力学性能.研究发现,声学黑洞阵列可以有效地提高整体板结构的模态密度和模态损耗因子,从而在较宽的频率范围下实现更好的减振性能.为了进一步揭示声学黑洞结构的阻尼损耗机理,建立了声学黑洞与阻尼材料的耦合模型并进行了参数化讨论.结果表明,系统的模态损耗因子不仅与阻尼材料的性能有关,而且还取决于阻尼材料所覆盖的结构模态动能的大小.同时,模态密度则由结构的几何尺寸决定.此外,本文对声学黑洞阵列中不同单元的作用也进行了探讨,并分析了不同类型声学黑洞阵列结构的动力学性能.结果表明,异质声学黑洞阵列比传统的均匀阵列在宽频范围内具有更稳定的动力学性能.这些研究有利于声学黑洞阵列在减振降噪方面的实际工程应用.

关键词： acoustic black hole Modal analysis ABH array Damping Vibration reduction

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Sound radiation attenuation by circular total-reflection elastic metasurface composed of subunits with cubic profiles

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Chinese Journal of Aeronautics 2023年第11期36卷 515-528页

作者： Feng LIU Zhichun YANG Pengtao SHI Yizhou SHEN Yanlong XU School of Aeronautics Northwestern Polytechnical UniversityXi’an 710072China

Utilizing metamaterials or acoustic black holes(ABHs)to control wave propagation and then to realize vibration control and sound radiation attenuation is a hot topic in recent ***,using elastic metasurfaces that possess similar wave manipulation abilities with metamaterials and ABHs to attenuate sound radiation has not been reported *** this paper,a circular total-reflection elastic metasurface(CTREM)composed of subunits with cubic profiles similar with ABHs is proposed to realize vibration isolation and achieve broadband sound radiation attenuation of a plate below the cut-on frequency of the *** with the corresponding bare plate and the plate containing a single ABH with a conventional design,the sound radiation efficiencies of the CTREM plate within and outside the vibration isolation band are both substantially *** phenomenon can be attributed to two distinct mechanisms:the total reflection of flexural waves caused by vibration isolation,and the local resonances of *** of the wavenumber spectra obtained from normal vibration velocities of the CTREM plate,both experimentally and numerically,along with the supersonic intensity patterns,reveal that the confined vibration energies are subsonic components localized within ineffective sound radiation ***,in turn,reduces the coupling strength of sound and vibration,thereby significantly attenuating sound radiation *** proposed CTREM provides a lossless and lightweight method for sound radiation attenuation.

关键词： Circular metasurface acoustic black hole Sound radiation attenuation Vibration control

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Improving the performance of structure-embedded acoustic lenses via gradient-index local inhomogeneities

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International Journal of Smart and Nano Materials 2015年第1期6卷 1-13页

作者： H.Zhu F.Semperlotti Department of Aerospace and Mechanical Engineering University of Notre DameNotre DameIndiana 46556USA

We investigate the use of graded inhomogeneities in order to enhance the focusing and collimation performance of structure-embedded acoustic metamaterial *** type of inhomogeneity exploited in this study consists in axial symmetric exponential-like gradients of either material or geometric properties that create gradient-index inclusions able to bend and redirect propagating *** particular,we exploit the concept of gradient index inclusions to achieve focusing and collimation of ultrasonic beams created by embedded drop-channel lenses in both bulk and thin-walled *** the latter,the implementation is possible thanks to geometric exponential tapers known as acoustic black holes(ABH).ABH tapers allow accurate control of the characteristics of the acoustic beam emanating from the lens channel which in the conventional design is severely affected by *** concept of beam control via graded inclusions is numerically illustrated and validated by using a combination of methodologies including geometric acoustics,finite difference time domain,and finite element methods.

关键词： acoustic lens acoustic black hole gradient index inhomogeneity drop-channel acoustic metamaterials

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