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A new fabrication method of designed metamaterial based on a 3D-printed structure for underwater sound absorption applications

制作 水下 吸收(声学) 材料科学 静水压力 声学 消声室 热塑性聚氨酯 极限抗拉强度 弹性体 物理 复合材料 地质学 海洋学 病理 替代医学 热力学 医学
作者
Juan Carlos Baena,Cheng Wang,Yifeng Fu,Imrana I. Kabir,Anthony Chun Yin Yuen,Zhongxiao Peng,Guan Heng Yeoh
出处
期刊:Applied Acoustics [Elsevier]
卷期号:203: 109221-109221 被引量:18
标识
DOI:10.1016/j.apacoust.2023.109221
摘要

Effective sound absorption in a broad frequency range of thin-anechoic materials is a challenge that acoustic materials for underwater applications are still facing. This study proposes a thin-anechoic membrane for underwater applications with an innovative fabrication method for a designed metamaterial based on a 3D-printed structure with a cone-shaped cavities array. The structure is printed with thermoplastic polyurethane (TPU) and cast in a thermoset polyurethane (SPU). Three types of TPUs with different hardness were used to assess the contribution of the polymer properties to the sound absorption performance in the frequency range from 1.5 kHz to 7 kHz and hydrostatic pressure conditions from normal pressure to 1.5 MPa. The materials were characterised using FTIR, FESEM, tensile and compression testing. The FTIR results evidenced a shift of the peak absorption from 1727 cm−1 to 1701 cm−1 when the hardness of the TPU is increased, suggesting a more reinforced network structure that enhances the mechanical properties. The SEM images provided an understanding of the matrix condition given by the 3D-printing parameters, evidencing cavity characteristics that affect the filament adhesion and the mechanical response. Compression testing evidenced the strain-value change of the materials under compression stress and consequently its stability under hydrostatic pressure from 0 MPa to 1.5 MPa. The metamaterial with the designed structure shows a significant improvement in the sound absorption coefficient and more stable coefficient values under hydrostatic pressure when the 82-TPU was used in the 3D-printed structure.

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