利用陶瓷复合材料控制屈曲弹性波的传播

本文考察了声子超材料在瓷砖地板弹性冲击噪声隔离中的应用，通过开发一种集成优化关节配置的声子晶体陶瓷复合材料。首先，我们优化了所提出复合材料的几何和材料参数，该复合材料由小型陶瓷亚砖组成，由硅胶关节连接，以降低瓷砖地板上的纵向和屈曲波传播——这些波在瓷砖环境中负责噪声振动。通过周期性结构配置实现带隙，有效抑制冲击噪声的传递。对于屈曲波，陶瓷复合材料在 $[100]$ 方向实现 $500$-$1900$ Hz 区间的显著衰减，在 $[110]$ 方向实现 $500$-$1400$ Hz 区间的衰减。对于纵向波，观察到横跨 $400$ Hz 到 $1950$ Hz 的宽带带隙，分别在 $[100]$ 和 $[110]$ 方向。此外，随着亚砖和硅胶宽度增加或硅的杨氏模量降低，带隙会向更低频率移动。无论在实验还是数值测试中，都证明了在陶瓷复合材料内部集成硅关节可显著改善声学隔离性能——通过降低宽频范围内冲击噪声水平来衡量。这些发现凸显了超材料在建筑声学中的潜力，为瓷砖环境中的弹性波控制提供创新解决方案。