应用数学和力学2024,Vol.45Issue(8) :1070-1081.DOI:10.21656/1000-0887.450115

考虑挠曲电效应的薄板声学超材料隔声特性研究

Study on Sound Insulation Characteristics of Thin Plate Acoustic Metamaterials With Flexoelectric Effects

杨莎莎 彭聪 孟晗 沈承
应用数学和力学2024,Vol.45Issue(8) :1070-1081.DOI:10.21656/1000-0887.450115

考虑挠曲电效应的薄板声学超材料隔声特性研究

Study on Sound Insulation Characteristics of Thin Plate Acoustic Metamaterials With Flexoelectric Effects

杨莎莎 1彭聪 2孟晗 2沈承2
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作者信息

  • 1. 南京工业职业技术大学 机械工程学院,南京 210023;南京航空航天大学 航空航天结构力学及控制全国重点实验室,南京 210016;江苏省精密制造技术工程研发中心,南京 210023
  • 2. 南京航空航天大学 航空航天结构力学及控制全国重点实验室,南京 210016;南京航空航天大学 多功能轻量化材料与结构工信部重点实验室,南京 210016
  • 折叠

摘要

区别于传统的压电效应,当结构尺寸减小到微纳米尺度时,一种新的力电耦合效应——挠曲电效应将无法被忽略.该文利用变分原理推导了考虑挠曲电效应的薄板声学超材料结构隔声问题的控制方程和边界条件,基于Kirchhoff薄板理论预测了薄板质量块结构的隔声曲线,系统讨论了挠曲电效应、几何尺寸、质量密度等参数对结构隔声性能的影响.结果表明,当结构尺寸减小到微纳米尺度时,挠曲电效应显著增加了隔声曲线的隔声谷值和峰值频率,因此考虑挠曲电效应是十分有必要的.该文的工作有望为微机电系统的噪声控制研究提供理论基础.

Abstract

When the structure size is reduced to the micro-and nano-scale,a new mechanoelectric coupling effect,the flexoelectric effect,cannot be ignored.The governing equations and boundary conditions for the sound insulation problem of thin plate acoustic metamaterial structure with the flexoelectric effects were de-rived by means of the variational principle.The sound insulation curves of thin plate mass blocks were predicted based on the Kirchhoff theory.The effects of flexural effects,geometric sizes and mass densities on the sound insulation performances of the structure were systematically discussed.The results show that,for the micro-and nano-scale structure sizes,the flexoelectric effect significantly increases the sound insulation valley values and peak frequencies of the sound insulation curves,so it is necessary to consider the flexoelectric effects.This work provides a theoretical basis for the research of noise control in MEMS.

关键词

挠曲电效应/薄板超材料/隔声特性

Key words

flexoelectric effect/thin plate metamaterial/sound insulation characteristic

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基金项目

国家自然科学基金(12202183)

国家重点研发计划(2023YFB4604800)

江苏省精密制造技术工程研发中心项目(JSPMET2024)

出版年

2024
应用数学和力学
重庆交通学院

应用数学和力学

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子:0.778
ISSN:1000-0887
参考文献量16
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