Nonlocal acoustic-mechanical metasurface for simultaneous and enhanced sound absorption and vibration reduction

材料科学 还原(数学) 声学 振动 吸收(声学) 声音(地理) 复合材料 物理 几何学 数学
作者
Haohan Zeng,Qiang Gao,Siyuan Gao,Feilong Mao,Zihao Su,Hao Luo,Yifan Zhu,Hui Zhang
出处
期刊:Materials & Design [Elsevier]
卷期号:: 113120-113120
标识
DOI:10.1016/j.matdes.2024.113120
摘要

We propose an acoustic-mechanical metasurface with simultaneous sound absorption and vibration reduction functionalities. This acoustic-mechanical feature results from a nonlocal coupling effect in the designed composite meta-structure. A nonlocal meta-mesh is designed at the acoustic-mechanical interface and embedded in the metasurface array to connect adjacent unit cells, which can make a nonlocal coupling effect. This effect can improve the acoustic property, which strengthens sound absorption by 58.6 %, and the mechanical interface strengthens vibration acceleration reduction by 88.45 %. The resulting nonlocal acoustic-mechanical metasurface achieves an average absorption coefficient of higher than 0.9 within 267–638 Hz, and a vibration level difference of 18.75 dB within 490–920 Hz. The sample has an ultra-thin thickness of 8.5 cm (λ/14 for the lowest working frequency) and is lightweight (305.1 g), whose weight reduction reaches 42.8 % compared with conventional designs with similar functionalities. Our proposed design strategy will be enlightened for multi-functional acoustic-mechanical coupling meta-device.

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