基于分段声学黑洞板件的振动特性分析

张博强　张强强　金鑫

摘 要：非理想声学黑洞结构由于截断的存在，弯曲波在到达截断处会形成反射，导致对振动的抑制效果减弱。针对弯曲波反射问题，本文提出一种分段声学黑洞结构，并采用有限元法进行谐响应分析，计算不同频率下的振动速度响应。结果显示，与传统声学黑洞结构和均匀板件结构相比，分段声学黑洞板件在黑洞布置处具有更强的能量聚集效应，弯曲波的反射问题得到有效解决，在远离黑洞结构的均匀处表现出更好的振动抑制效果。同时，探究贴敷阻尼层以及不同黑洞材料对振动控制的影响效果，结果表明，阻尼层尺寸以及厚度的增大均能提升减振效果。材料刚度的提升亦能进一步增强结构的减振能力。本文的研究可为新型声学黑洞的结构设计提供一种思路。

关键词：分段声学黑洞；振动特性；阻尼；振动速度响应

中图分类号：TB535；TB532 DOI：10.16375/j.cnki.cn45-1395/t.2024.02.001

0 引言

近年来，声波操纵、声子晶体、声学黑洞等减振降噪技术越来越被大家关注。声学黑洞作为一种新型的弯曲波操纵方法，通过结构厚度的幂律变化来俘获一定宽度频率范围内的弯曲波。由于结构简单、易于实现，声学黑洞控制方法在振动噪声控制领域受到了越来越多的关注。

Pekeris在1946年提出了声学黑洞的概念和基础理论[1]。他发现在不均匀的特定分层结构中，弯曲波波速随着结构深度的减小而逐渐减小至0，且弯曲波不发生反射。Mironov[2]发现在具有楔形结构的固体内部也存在类似的弯曲波现象，并将这种结构命名为声学黑洞结构。……