材料科学论文_一种准零刚度声学超材料板的低

文章摘要:在传统弹簧-振子局域共振基础上，本文并联倾斜弹簧负刚度机构，提出一种新型的准零刚度局域共振型声学超材料板，以实现低频宽频带有效隔声.首先，从动力学角度推导准零刚度结构的归一化等效刚度；然后，基于等效介质法建立声学超材料板的隔声理论模型，并通过理论分析和数值模拟（有限元）结果，讨论其在正负等效刚度区的隔声效果；最后，为验证理论预测的准确性，制备准零刚度超材料板样件并采用阻抗管对其进行测试.结果表明：在正刚度区，增大弹簧的刚度比或预压缩量可显著降低超材料板的局域共振频率，如在10 Hz附近获得30 dB的传输损失，实现了超低频隔声.在负刚度区，超材料板不产生局域共振现象，且可避免“吻合效应”引起的隔声低谷现象，故可在53—1500 Hz宽频段内实现大宽带隔声（大于30 dB），相较传统材料或类似的超材料具有显著优势.进一步利用理论模型，从等效质量面密度、反射系数和声阻抗率等多个角度，分析了超材料板的隔声机理，在隔声峰处发现了负的等效质量密度，且隔声谷处产生了低频“吻合效应”.本文提出利用准零刚度局域共振思想实现低频宽带隔声的方法，克服了传统超材料需减小刚度或增大附加质量的不利特性，对低频隔声结构的设计具有重要的理论指导意义.

文章关键词:超材料,局域共振,准零刚度,低频隔声,

项目基金:国家自然科学基金(11502110，11972185),机械结构强度与振动国家重点实验室开放基金（SV2018-KF-01）,