3D-printed multifunctional chiral metamaterial with invariant sound absorption under large deformation and low-frequency vibration control

3d打印 超材料 声学 低频 振动 材料科学 不变(物理) 吸收(声学) 工程类 复合材料 物理 光电子学 电信 数学物理 生物医学工程
作者
Jingjian Xu,Xiang Song,Boyang Zhao,Hanjie Yang,Dan Sui,Jie Zhou,H. Xiao
出处
期刊:Virtual and Physical Prototyping [Taylor & Francis]
卷期号:19 (1)
标识
DOI:10.1080/17452759.2024.2425386
摘要

Acoustic metamaterials provide a distinctive route for reducing low-frequency noise and vibration; however, most are characterised by their singular functionality, e.g. sound absorption or vibration suppression. We present a 3D-printed multifunctional chiral metamaterial (MCM) with double helix structures inspired by cochlea and DNA for excellent acoustic, mechanical, vibration isolation and mitigation properties. By employing impedance matching, nearly perfect sound absorption can be obtained and kept invariably in the low-frequency range under strain from +25% to −25%, as confirmed by the standard impedance tube tests. The double helix structure provides versatile mechanical properties, including compressibility, stretchability, and recoverability. Excellent vibration isolation ability from 94 Hz and strong elastic wave attenuation performance between 199 and 254 Hz based on bandgap strategy are demonstrated by isolation and mitigation vibration tests and simulations. This 3D printed structure presents a promising solution for multipath noise control, setting a paradigm for biologically inspired multifunctional materials.

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