胥强荣 沈承2)† 韩峰3) 卢天健‡

1) (南京航空航天大学，机械结构力学及控制国家重点实验室，南京 210016)

2) (西安交通大学，机械结构强度与振动国家重点实验室，西安 710049)

3) (上海飞机设计研究院功能结构部，上海 201210)

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……